许爱平 董俊慧 甄邵杨 张艺程

摘要：为研究5 mm TC4钛合金激光焊的最优工艺参数，采用YLS-10000型光纤激光器进行实验。设计三因素、三水平正交实验，研究功率、速度和活性剂对熔宽、熔深和成型系数的影响。通过极差方法优化工艺，并用综合平衡找出最佳工艺。结果表明，工艺对熔宽的影响按大小排列为活性剂>速度>功率，熔宽的最优组合是A3B1C2;工艺对熔深的影响按大小排列为速度>功率>活性剂，熔深的最优组合是A3B1C2;工艺对成型系数的影响按大小排列为活性剂>功率>速度，成型系数的最优组合为A2B3C3。经过综合评价最优工艺是功率为2 900 W，速度为0.06 m/s，活性剂为YbF3。优化后焊缝组织为针状马氏体α′，在融合区组织为等轴晶，热影响区主要为α+β+α′，且越靠近焊缝的热影响区晶粒越粗大，晶内马氏体越多、越密集。接头硬度值随着与焊缝中心距离的增大先降低后升高，且在距离焊缝中心0.8～1.2 mm粗晶区硬度发生突变，存在一个软化区。

关键词：TC4钛合金;激光焊;正交实验;工艺优化

0    引言

TC4钛合金具有密度低、比强度高、高温性能良好、耐腐蚀性能好、无毒无磁、焊接性和生物相容性良好等特点，在航空航天、航海、兵器、化工、生物医药等领域具有广泛的应用前景[1-3]。近年来，随着我国航空航天技术及钛金属冶炼技术的快速发展，钛合金的产量和需求量逐年增加，其中TC4钛合金占主导地位，由此可见，钛合金材料是今后发展的一个重要方向。钛合金应用的持续增长对其焊接技术提出了更高要求，激光焊、电子束焊和钎焊是钛合金连接方法中的重要选择[4-5]。……