1、 厚板 钛合金窄间隙 TIG 焊接工艺研究 崔 庆 龙 院 (系 )： 材料科学与工程 专 业：焊接技术与工程 学 号： 1072910104 指导教师： 吕世雄 冯吉才 2011 年 6 月 哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计 敬小军 院 系：建筑 学院 专 业：建筑学 学 号： 0123456789 指导教师：王 五 张 三 哈尔滨哈飞集团汽车博物馆设计 本科毕业设计（论文） 年 月 毕业设计 （ 论文 ） 题 目 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接工艺 研究 专 业 焊接技术与工程 学 号 1072910104 学 生 崔 庆 龙 指 导 教 师 吕世雄 冯吉才 答 辩 日 期 2011 年 6
2、月 29 日 哈尔滨工业大学毕业设计 （ 论文 ） 评语 姓名： 崔 庆 龙 学号： 1072910104 专业： 焊接技术与工程 毕业设计 （ 论文 ） 题目： 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接工艺研究 工作起止日期： 2010 年 10 月 8 日起 2010 年 6 月 29 日止 指导教师对毕业设计 （ 论文 ） 进行情况，完成质量及评分意见： _ _ 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： _ _ _ _ _ _ _ _ 评阅教师签字： _ _ 评阅教师职称： _ _ 答辩委员会评语： _ _ 根据毕业设计 （ 论文 ） 的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定： 学生
3、 毕业设计 （ 论文 ） 答辩成绩评定为： 对毕业设计 （ 论文 ） 的特殊评语： _ _ 答辩委员会主任 （ 签字 ） ： 职称： _ _ 答辩委员会副主任 （ 签字 ） ： 答辩委员会委员 （ 签字 ） ： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日 哈尔滨工业大学毕业设计 （ 论文 ） 任务书 姓 名： 崔庆龙 院 (系 )： 材料科学与工程 专 业： 焊接技术与工程 班 号： 10729101 任务起至日期： 2010 年 10 月 8 日至 2011 年 6 月 29 日 毕业设计（论文）题 目： 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接工艺研究 立题的目的和意义：
4、 解决 4500mm级载人深海探测器制造过程中的焊接问题； 同时推动厚板钛合金在石油、化工等工业部门的广泛应用，提出一种 高效便捷、经济性好、用于焊接厚板钛合金的方法 。研究窄间隙条件下焊接厚板钛合金的工艺及接头的组织性能，优化焊接参数，得到性能更为优良的接头。 本课题的研究，对于工业实际生产中厚板钛合金的焊接提供了奠定了必要的理论基础和试验基础。 技术要求与主要内容： 利用窄间隙 TIG 焊接的方法，为得到性能优良的焊接接头 ，本课题主要通过以下几个方面进行研究： 1) 通过对厚板钛合金焊接性的分析，设计并制造窄间隙 TIG 焊接条件下使用的焊枪和保护装置 。 2) 78mm厚钛合金试板的窄
5、间隙 TIG 焊接工艺试验。 3) 焊接后接头的组织分析与力学性能试验。 4) 对焊接试板焊接过程中焊接变形与焊接温度场的测量和分析。 通过上述的分析，确定厚板钛合金焊接工艺，分析在窄间隙条件下焊接，焊接结构呈现出的特殊性能。 进度安排： 2010.9-2010.11 50mm厚钛合金板的试焊接，焊枪和保护装置的设计和制造。 2010.12-2011.1 正式焊接 78mm 厚 钛合金板，焊接工艺 的初步确定 。 2011.1-2011.3 焊缝金相组织观察和力学性能实验 ，优化焊接参数 。 2011.3-2011.5 焊缝温度曲线测量及分析。 2011.5-2011.6 整理数据，撰写论文，
6、准备答辩。 同组设计者及分工： 无 指导教师签字 _ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字 _ 年 月 日 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） -I- 摘 要 解决 4500mm级深海探测器制造过程中关于厚板钛合金焊接的问题，同时推动厚板钛合金在石油、化工等工业部门的广泛应用，提出窄间隙条件下 TIG 焊，作为一种 高效便捷、经济性好、用于焊接厚板钛合金的方法 。 本文采用 TIG 电弧焊方法，窄间隙条件下多层焊的方 式，以 Ti-4Al-2V 为填充焊丝，对厚板 TC4 钛合金进行了焊接。焊接试验中设置不同的坡口尺寸，一些列变化的焊接电流及气体保护流量参数，进行多组焊接试验，通过对焊
7、接接头宏观及微观组织分析、对比不同参数下的力学性能测试，优化参数，确定最佳的厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接工艺。 工艺试验结果表明，电流在 180A240A 之间可以得到完整可靠的焊接接头，焊接过程中 78mm 厚钛合金试板的横向收缩为 4.5mm，接头区域狭窄且无明显分区。 通过微观金相分析，明晰了窄间隙焊接条件下晶粒生长规律与组织特征 ，发现电流变化对于晶粒和 组织影响甚微 。力学性能测试表明，窄间隙接头因啮合强化而使得接头强度得到提高 ，而且随着电流的增大，焊缝熔合比的增大使得接头性能进一步提高 。 温度场测量结果符合焊接热循环变化规律，同时因为钛合金的物理性能特点而呈现出其特殊性。 关
8、键词： 厚板钛合金；窄间隙 TIG； 显微 组织 ； 力学性能 ；温度场 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） -II- Abstract To 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 ec
9、onomical 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 analys
10、is 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. Metallogra
11、phic 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 t
12、heory 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 i
13、ts characteristics in the condition of narrow-gap TIG welding. Keywords: thick titanium alloys; narrow-gap TIG; microstructure; mechanical property; welding temperature field 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） -III- 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 课题背景及研究的目的和意义 . 1 1.2 厚板钛合金焊接性分析 . 2 1.3 国内外研究现状及分析 . 3 1
14、.3.1 MIG 多层多道焊 . 3 1.3.2 窄间隙 TIG. 4 1.3.3 电子束焊接 . 4 1.4 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接 . 5 第 2 章 焊接工艺试验 . 7 2.1 焊枪及保 护装置的设计及制作 . 7 2.1.1 焊枪的设计及制作 . 7 2.1.2 保护装置的设计 及 制造 . 8 2.2 试验材料和坡口 . 10 2.3 试验设备及方法 .11 2.3.1 试验设备 .11 2.3.2 窄间隙 TIG 多层焊 .11 2.4 微观组织分析 . 13 2.4.1 金相组织观察 . 13 2.4.2 SME成分分析 . 13 2.5 力学性能测试 . 13 2.5
15、.1 硬度测试 . 13 2.5.2 强度测试 . 13 第 3 章 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接接头显微组织分析 . 15 3.1 钛合金窄间隙 TIG 多层焊焊接接头宏观 . 16 3.2 钛合金 窄间隙 TIG 多层焊接头晶粒生长规律 . 17 3.3 钛合金窄间隙 TIG 焊接接头微观组织分析 . 19 3.3.1 钛及钛合金同素异构转变 . 19 3.3.2 TC4 钛合金在不同温度条件下的相变特点 . 19 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文） -IV- 3.3.3 钛合金窄间隙 TIG 焊接接头微观组织分析 . 20 3.4 焊缝区域成分分析 . 22 3.5 本章小结 . 24
16、 第 4 章 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接接头力学性能测试 . 25 4.1 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接接头的显微硬度分布 . 25 4.2 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接接头强度 . 26 4.3 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊焊缝断口分析 . 28 4.4 本章小结 . 28 第 5 章 焊接变形与焊接温度场的测定 . 30 5.1 78mm厚钛合金窄间隙 TIG 焊接变形测量 . 30 5.1.1 窄间隙 TIG 焊接坡口尺寸的确定 . 30 5.1.2 78mm 厚钛合金窄间隙 TIG 焊接变形的测量 . 31 5.2 厚板钛合金窄间隙 TIG 焊接温度场的测定 . 33 5.2.1 焊接温度场测定试验 . 33 5.2.2 温度场曲线分析 . 34 5.3 本章小结 . 37 结 论 . 38 参考文献 . 39 致 谢 . 41
