厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接工藝研究崔 慶 龍?jiān)?(系 )： 材料科學(xué)與工程 專 業(yè)：焊接技術(shù)與工程學(xué) 號(hào)： 1072910104 指導(dǎo)教師： 呂世雄 馮吉才2011 年 6 月哈爾濱哈飛集團(tuán)汽車博物館設(shè)計(jì)敬小軍院 系：建筑學(xué)院專 業(yè)：建筑學(xué)學(xué) 號(hào)：0123456789指導(dǎo)教師：王 五張 三哈爾濱哈飛集團(tuán)汽車博物館設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年 月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）題 目 厚板鈦合金窄間隙 TIG焊接工藝研究專 業(yè) 焊接技術(shù)與工程 學(xué) 號(hào) 1072910104 學(xué) 生 崔 慶 龍 指 導(dǎo) 教 師 呂世雄 馮吉才 答 辯 日 期 2011 年 6 月 29 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)姓名： 崔 慶 龍 學(xué)號(hào)： 1072910104 專業(yè)： 焊接技術(shù)與工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接工藝研究 工作起止日期： 2010 年 10 月 8 日起 2010 年 6 月 29 日止指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行情況，完成質(zhì)量及評(píng)分意見(jiàn)：_ _指導(dǎo)教師簽字： 指導(dǎo)教師職稱： 評(píng)閱人評(píng)閱意見(jiàn)：_ _ _ _ _評(píng)閱教師簽字：_ _ 評(píng)閱教師職稱：_ _ 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：_ _根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的材料和學(xué)生的答辯情況，答辯委員會(huì)作出如下評(píng)定：學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)?cè)u(píng)定為： 對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的特殊評(píng)語(yǔ)：_ _答辯委員會(huì)主任（簽字）： 職稱：_ _答辯委員會(huì)副主任（簽字）： 答辯委員會(huì)委員（簽字）：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓 名：崔慶龍 院 (系)：材料科學(xué)與工程專 業(yè)：焊接技術(shù)與工程 班 號(hào)：10729101任務(wù)起至日期： 2010 年 10 月 8 日至 2011 年 6 月 29 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接工藝研究立題的目的和意義：解決 4500mm 級(jí)載人深海探測(cè)器制造過(guò)程中的焊接問(wèn)題；同時(shí)推動(dòng)厚板鈦合金在石油、化工等工業(yè)部門(mén)的廣泛應(yīng)用，提出一種高效便捷、經(jīng)濟(jì)性好、用于焊接厚板鈦合金的方法。研究窄間隙條件下焊接厚板鈦合金的工藝及接頭的組織性能，優(yōu)化焊接參數(shù)，得到性能更為優(yōu)良的接頭。本課題的研究，對(duì)于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中厚板鈦合金的焊接提供了奠定了必要的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)基礎(chǔ)。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：利用窄間隙 TIG 焊接的方法，為得到性能優(yōu)良的焊接接頭，本課題主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：1) 通過(guò)對(duì)厚板鈦合金焊接性的分析，設(shè)計(jì)并制造窄間隙 TIG 焊接條件下使用的焊槍和保護(hù)裝置。2) 78mm 厚鈦合金試板的窄間隙 TIG 焊接工藝試驗(yàn)。3) 焊接后接頭的組織分析與力學(xué)性能試驗(yàn)。4) 對(duì)焊接試板焊接過(guò)程中焊接變形與焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量和分析。通過(guò)上述的分析，確定厚板鈦合金焊接工藝，分析在窄間隙條件下焊接，焊接結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出的特殊性能。進(jìn)度安排：2010.9-2010.11 50mm 厚鈦合金板的試焊接，焊槍和保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和制造。2010.12-2011.1 正式焊接 78mm 厚鈦合金板，焊接工藝的初步確定。2011.1-2011.3 焊縫金相組織觀察和力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化焊接參數(shù)。2011.3-2011.5 焊縫溫度曲線測(cè)量及分析。2011.5-2011.6 整理數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備答辯。同組設(shè)計(jì)者及分工：無(wú)指導(dǎo)教師簽字_年 月 日 教研室主任意見(jiàn)：教研室主任簽字_年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-I-摘 要解決 4500mm 級(jí)深海探測(cè)器制造過(guò)程中關(guān)于厚板鈦合金焊接的問(wèn)題，同時(shí)推動(dòng)厚板鈦合金在石油、化工等工業(yè)部門(mén)的廣泛應(yīng)用，提出窄間隙條件下 TIG 焊，作為一種高效便捷、經(jīng)濟(jì)性好、用于焊接厚板鈦合金的方法。本文采用 TIG 電弧焊方法，窄間隙條件下多層焊的方式，以 Ti-4Al-2V 為填充焊絲，對(duì)厚板 TC4 鈦合金進(jìn)行了焊接。焊接試驗(yàn)中設(shè)置不同的坡口尺寸，一些列變化的焊接電流及氣體保護(hù)流量參數(shù)，進(jìn)行多組焊接試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)焊接接頭宏觀及微觀組織分析、對(duì)比不同參數(shù)下的力學(xué)性能測(cè)試，優(yōu)化參數(shù)，確定最佳的厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接工藝。工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，電流在 180A240A 之間可以得到完整可靠的焊接接頭，焊接過(guò)程中 78mm 厚鈦合金試板的橫向收縮為 4.5mm，接頭區(qū)域狹窄且無(wú)明顯分區(qū)。通過(guò)微觀金相分析，明晰了窄間隙焊接條件下晶粒生長(zhǎng)規(guī)律與組織特征，發(fā)現(xiàn)電流變化對(duì)于晶粒和組織影響甚微。力學(xué)性能測(cè)試表明，窄間隙接頭因嚙合強(qiáng)化而使得接頭強(qiáng)度得到提高，而且隨著電流的增大，焊縫熔合比的增大使得接頭性能進(jìn)一步提高。溫度場(chǎng)測(cè)量結(jié)果符合焊接熱循環(huán)變化規(guī)律，同時(shí)因?yàn)殁伜辖鸬奈锢硇阅芴攸c(diǎn)而呈現(xiàn)出其特殊性。關(guān)鍵詞：厚板鈦合金；窄間隙 TIG；顯微組織；力學(xué)性能；溫度場(chǎng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-II-AbstractTo solve the welding problem in manufacturing 4500mm level bathyscaphe and propel the development of thick titanium alloys structures in industrial, narrow-gap TIG welding of thick titanium alloys is proposed as an efficient and economical method.Narrow-gap TIG welding of TC4 by using Ti-4Al-2V filler metal with multilayer welding way, experiments have been done under the different sizes of groove and serials of currents and protecting gas-flowrates, to determine the optimum welding parameters after the metallographic analysis and mechanical properties testing of welding joint.Results of welding technology experiment shows that the reliable joint can be obtained under the current of 180A-240A, welding lateral contraction is about 4.5mm in 78mm titanium plate, and the joint is narrow with no marked division. Metallographic analysis of narrow-gap TIG welding joint shows the rules of grain growth and microstructure characteristics, the changing of currents has little effect on the size of grain and microstructure. The tensile test shows that the tensile strength of joint is higher than the seam metal based on the theory of meshing strengthening in narrow-gap welding of titanium alloys, the increase of current leads to the rising of penetrationratio, that also can contribute to increasing of strength. Results of Welding temperature field measurement show that the titanium alloys welding temperature field has its characteristics in the condition of narrow-gap TIG welding. Keywords: thick titanium alloys; narrow-gap TIG; microstructure; mechanical property; welding temperature field哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-III-目 錄摘 要 .IAbstract.II第 1 章 緒 論 .11.1 課題背景及研究的目的和意義 .11.2 厚板鈦合金焊接性分析 .21.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 .31.3.1 MIG 多層多道焊 .31.3.2 窄間隙 TIG .41.3.3 電子束焊接 .41.4 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接 .5第 2 章 焊接工藝試驗(yàn) .72.1 焊槍及保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及制作 .72.1.1 焊槍的設(shè)計(jì)及制作 .72.1.2 保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)及制造 .82.2 試驗(yàn)材料和坡口 .102.3 試驗(yàn)設(shè)備及方法 .112.3.1 試驗(yàn)設(shè)備 .112.3.2 窄間隙 TIG 多層焊 .112.4 微觀組織分析 .132.4.1 金相組織觀察 .132.4.2 SME 成分分析 .132.5 力學(xué)性能測(cè)試 .132.5.1 硬度測(cè)試 .132.5.2 強(qiáng)度測(cè)試 .13第 3 章 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭顯微組織分析 .153.1 鈦合金窄間 隙 TIG 多層焊焊接接頭宏觀 .163.2 鈦合金窄間隙 TIG 多層焊接頭晶粒生長(zhǎng)規(guī)律 .173.3 鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭微觀組織分析 .193.3.1 鈦及鈦合金同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 .193.3.2 TC4 鈦合金在不同溫度條件下的相變特點(diǎn) .19哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-IV-3.3.3 鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭微觀組織分析 .203.4 焊縫區(qū)域成分分析 .223.5 本章小結(jié) .24第 4 章 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭力學(xué)性能測(cè)試 .254.1 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊 接接頭的顯微硬度分布 .254.2 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊接接頭強(qiáng)度 .264.3 厚板鈦合金窄間隙 TIG 焊焊縫斷口分析