钛合金拥有密度小、比强度高、耐热、耐蚀性好、可加工性及抗委顿性良好等利益。 ： ：附邮穷押辖鹪诠ひ道霉讨械闹匾际鮗1]。钛合金属于活跃金属，，，在焊接过程中易产生缺点，，，热源加载不均匀且急剧，，，在焊接件中易产生残存应力与畸变，，，影响其结构不变、承载能力和抗委顿机能[2]。 ： ：附庸躺婕氨淞拷隙，，，以出产经验领导焊接成本较高且不切合现实，，，因而有必要通过推算机数值仿照获得焊接过程的定量意识[3]。
杨露等[4]对TC4?ＥＬＩ合金夹角为171.98°的对接多层焊进行仿照，，，并对其残存应力散布进行试验验证。曾泽群等[5]使用弹性有限元步骤推算了TC4钛合金Ｖ型坡口对接焊残存应力的开释，，，但试验了局与仿照值仍存在肯定误差。李良碧等[6]对TC4及Ti80钛合金焊后热处置过程进行仿照，，，发现Ｎｏｒｔｏｎ蠕变模型对焊后热处置过程进行数值仿照比力合理。刘文化等[7]探索了不锈钢多层多道焊后热处置对残存应力的影响，，，发现仿照值与丈量值仍存在肯定误差。吕刘帅等[8]对镍基合金管道Ｖ型坡口焊接及热处置过程进行了仿照，，，发现适当升高温度进行焊后热处置，，，能够在短功夫内有效降低残存应力。杜永勤等[9]钻研了分歧热处置对TC4合金钨极氩弧焊接头的影响，，，发现650℃×1h前提下焊接件力学机能最好。目前已有钻研中针对TC4钛合金中厚板多层钨极氩弧焊及焊后热处置的仿照少有涉及，，，本文针对某厂出产的车辆用悬架结构件TC4钛合金焊接件，，，使用Ａｎｓｙｓ成立其焊接部位的等效数值模型，，，探索焊接及焊后热处置过程中的温度及应力变动法规，，，并分析接头组织的变动。
1、试验资料与步骤
1.1 试验资料
试验资料为两块300mm×150mm×20mm的退火态TC4钛合金板，，，重要化学成分如表1所示，，，显微组织如图1所示，，，为等轴组织描摹，，，其中β相破碎严重，，，均匀散布于α相基底上，，，焊缝处填充资料为同质TC4合金实心焊丝。
1.2 试验步骤
焊接仿照基于国内某厂手工钨极氩。ǎ裕酰睿纾螅簦澹睿椋睿澹颍?ｇａｓ，，，TiＧ）焊参数： ： ：接头类型为对接接头，，，开60°Ｘ型坡口，，，焊接道数为7道。氩气纯度≥99.99％，，，气流量为25L/min，，，焊接速度为2.5mm／ｓ，，，焊接工艺参数如表2所示。热源模型选择高斯散布的面热源[10]，，，使用生死单元技术仿照双面交替多道焊时焊丝填充。为了明确把握焊接件在焊接及焊后热处置过程中的温度场、应力场等变动法规，，，如果钛合金板处于梦想状态，，，仅思考热的作用，，，而不受其他任何外加载荷，，，也不思考初始应力和变状态态。综合思考仿照精度及推算效能，，，将靠近焊缝处网格进行加密，，，模型共划分为25550个单元格，，，为定量分析各方向温度及应力变动，，，成立特点线ｐａｔｈ1，，，同时，，，选取Ｘ射线衍射法沿ｐａｔｈ1对焊接件残存应力进行检测，，，如图2（ａ）所示，，，焊接坡口及焊接挨次如图2（ｂ）所示。 ： ：负笕却χ茫ǎ校铮螅?ｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ，，，ＰＷＨＴ）工艺为650℃保温4ｈ，，，升和善冷却速度节制在200℃／ｈ以下。
2、了局与会商
2.1 温度场仿照了局及分析
由于焊接过程中使用到部门高度集中的移动瞬时热源，，，产生不均匀和不不变的温度场是引起焊接畸变的底子原因。因而温度场的正确性是分析应力应变的前提。如图3所示，，，热源加载处温度最高为2056.5℃，，，温度线由热源朝母材区及厚度方向均匀扩散，，，逐步降落，，，热源前方的等温线相对密集，，，温度梯度较大；；；热源后方等温线较稀少，，，温度梯度较小，，，又由于TC4钛合金的导热机能差，，，所以温度场云图领域小。固然各层温度变动法规一样，，，但由于热源瞬时给焊接构件的热能分歧，，，各层焊缝所能达到的温度也分歧，，，其中第1层焊的峰值温度最低（2183.6℃），，，第5层最高（2337.8℃），，，如图4（ａ）所示。打底焊在后续正背面交替焊接时会经历屡次焊接热循环的“热处置”作用，，，填充层和盖面层焊缝同样也经历了分歧特点的热循环，，，第1、4、7层焊缝中心点温度变动如图4（ｂ）所示。
TC4钛合金的机能由组织决定，，，分析上述焊接工艺对接头组织的影响： ： ：在焊接冷却阶段，，，焊缝处熔池凝固转变为高温β相，，，柱状晶以晶界跳跃式位移的方式竞相成长。由于焊缝冷却速度较快，，，克制了晶粒的扩散分化，，，在晶粒内部，，，体心立方的β相以切变的方式转变为密排六方的αｍ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅα）相，，，产生马氏体转变，，，分歧道次焊缝的组织组成一致，，，由于TC4合金中存在肯定量的元素Ｖ，，，使少量高温β相在冷却过程中保留在马氏体板条之间，，，与马氏体呈联生状态，，，部门αｔ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄα）相在含有较多α不变元素的β晶界形核，，，当温度进一步降低时，，，αｔ相才起头在β晶粒内部析出，，，如图5（ａ）所示；；；αｍ相形核长大后，，，随着后续冷却均匀析出藐小的颗粒状αｇ（Ｇｒａｎｕｌａｒα）相，，，如图5（ｂ）所示。由于分歧道次热输入量分歧，，，且在多层焊时，，，后一道热循环会对前一道焊缝产生热处置成效，，，可能均匀细化组织，，，因而热输入最小的打底焊的马氏体均匀尺寸最小，，，为19.5μｍ，，，盖面层固然焊接热输入不高，，，但由于未受到热处置作用，，，马氏体均匀尺寸最粗壮，，，为96.2μｍ，，，各层马氏体尺寸如图5（ｃ）所示。母材区组织仍为初始的退火态等轴组织，，，热影响区组织为焊缝区与母材区之间的混合过渡组织。
由于焊接过程中产生较大的温度梯度，，，各部位由于冷速分歧获得分歧的组织。 ： ：附蛹各部门组织机能不均匀，，，因而，，，有必要对其进行合理的焊后热处置，，，以满足现实的使用要求，，，选取箱式电阻炉对TC4钛合金焊接件进行650℃×4ｈ，，，空冷的退火处置。
TC4钛合金焊接接头经ＰＷＨＴ后，，，晶格出现应力松弛。在高于400℃时，，，αｍ起头分化为次生α＋β相，，，随着热处置温度升高，，，在700℃时αｍ齐全转变为次生α＋β相[11]。本文ＰＷＨＴ后次生（α＋β）相和αｍ相共存，，，原始β晶界逐步变模 ： ：，，，次生β相呈白色颗粒状或短棒状弥散散布，，，如图6（ａ，，，ｂ）所示。并结合ＸＲＤ数据进行分析： ： ：选取高斯?洛伦兹曲线拟合，，，利用3个强度最大的峰获得半高宽（ＦＷＨＭ），，，以调查加热过程中晶格应变的演变。试样在2θ＝40.42°的峰值最高，，，该峰对应的是（1011）晶面，，，批注试样中该晶面的取向出格强烈，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽别离为0.39与0.29。第二强峰为2θ＝38.52°，，，对应（0002）晶面，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽别离为0.48与0.27。第三强峰为2θ＝35.36°，，，对应（1010）晶面，，，其ＰＷＨＴ前后半高宽别离为0.36与0.34。经ＰＷＨＴ后（0002）α衍射峰产生“峰割裂”，，，新（0002）峰位于36°～38°区间，，，但强度较低。在（1011）晶面的底部2θ＝39.6°观察到一个宽肩峰，，，对应于（110）β，，，这证实了αｍ相分化为次生（α＋β）相。这些晶面的ＦＷＨＭ降低5.56％～43.75％，，，批注TC4钛合金的结晶度随着内部缺点的解除和残存应力的解除而得到改善。
2.2 应力场仿照了局及分析
基于热弹塑性理论，，，在温度场的基础上挨次耦合应力场，，，对ＰＷＨＴ前后残存应力散布进行分析，，，TC4合金TiＧ焊后未经热处置时焊缝的残存应力散布云图如图7所示。
为定量相识焊态与ＰＷＨＴ态TC4钛合金焊缝的残存应力散布情况，，，网络特点线ｐａｔｈ1分歧方向上的残存应力散布数据，，，如图8所示！！-”暗示压应力，，，“＋”暗示拉应力。 ： ：附庸讨惺苋茸饔媒闲〉哪覆那院附影迮蛘偷南薅，，，焊缝区左近存在残存应力。 ： ：阜烨芙夤滩挠α雎圆患，，，焊后冷却过程中金属受到相邻金属的限度，，，产生残存拉应力，，，并随冷却的进行不休增大，，，但β相以切变的方式转变为αｍ相，，，体积略微膨胀，，，焊态焊缝中心产生的横向拉应力较小，，，如图8（ａ）所示。 ： ：附庸讨腥仍赐牙胍岳，，，焊缝区左近的热影响区受热传导的作用持续升温，，，金属的膨胀受到限度，，，产生残存压应力，，，如图8（ｂ）所示，，，在随后的冷却过程中，，，由于焊缝区产生的反作使劲，，，压应力持续增长，，，直至整个焊接板的应力平衡[10]。经ＰＷＨＴ后，，，横向最大残存拉应力试验值由232.1MPa降为127.8MPa，，，最大残存压应力由5.7MPa降为0.9MPa。
纵向最大残存拉应力试验值由479.5MPa降为332.5MPa，，，最大残存压应力由54.3MPa降为12.5MPa。垂直焊接方向的残存应力呈对称散布，，，与温度场散布法规根基一样，，，近焊缝处残存应力较大，，，为易断裂地位。此焊接件残存应力变动法规与沙宇程[12]通过Ａｎｓｙｓ、ＸＲＤ等伎俩对钛合金在焊后热处置工艺下的残存应力分析拥有一致性。
3、结论
仿照焊接及焊后热处置过程，，，分析TC4钛合金焊接接头组织及残存应力变动，，，重要结论如下： ： ：
1）使用Ａｎｓｙｓ软件仿照TC4钛合金钨极氩弧焊及焊后650℃退火处置过程。 ： ：附庸讨懈鞑愫阜煊捎谌仁淙敕制，，，其温度也分歧，，，其中第1层焊的峰值温度最低（2183.6℃），，，第5层最高（2337.8℃），，，打底层与填充层经后续焊接热循环的“热处置”作用，，，与盖面层经历了分歧特点的热循环，，，焊缝区各层马氏体尺寸
由19.5μｍ向96.2μｍ变动。
2）焊后焊缝区重要由αｍ相＋少量β相＋部门αｔ相＋析出αｇ相组成，，，母材区为初始的退火态等轴组织，，，热影响区为焊缝区与母材区之间的混合过渡组织。
经ＰＷＨＴ后，，，焊缝区部门αｍ相转变为次生（α＋β）相；；；并由ＸＲＤ图谱观察到（0002）α衍射峰产生“峰割裂”，，，在2θ＝39.6°处观察到新峰（110）β，，，同时ＦＷＨＭ降低5.56％～43.75％，，，批注TC4钛合金的结晶度随着残存应力的解除而得到改善。
3）TC4钛合金焊后残存应力重要集中在焊缝左近，，，此为易断裂地位。垂直焊接方向的残存应力呈对称散布，，，与温度场散布法规根基一样，，，经ＰＷＨＴ后各项残存应力均降低。
参考文件： ： ：
[1]许艳飞，，，文 璟，，，肖逸锋，，，等.TC4／ＴＣ18异种钛合金焊接头的组织机能钻研及数值仿照[Ｊ].金属热处置，，，2017，，，42（1）： ： ：166?170.
ＸｕＹａｎｆｅｉ，，，ＷｅｎＪｉｎｇ，，，ＸｉａｏＹｉｆｅｎｇ，，，ｅｔａｌ.ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒTiｅｓｏｆTC4／ＴＣ18ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒTiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａTiｏｎ[Ｊ].ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＭｅｔａｌｓ，，，2017，，，42（1）： ： ：166?170.
[2]李立峰，，，黎刚刚，，，马天驹，，，等.焊后热处置对钛合金电子束焊接接头残存应力散布的影响[Ｊ].热加工工艺，，，2019，，，48（17）： ： ：154?157.
ＬｉＬｉｆｅｎｇ，，，ＬｉＧａｎｇｇａｎｇ，，，ＭａTiａｎｊｕ，，，ｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｓｔ?ｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕTiｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓｏｆTiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ[Ｊ].ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2019，，，48（17）： ： ：154?157.
[3]张鹏省，，，毛小南，，，赵永庆，，，等.世界钛及钛合金产业近况及发展趋向[Ｊ].罕见金属快报，，，2007（10）： ： ：1?6.
ＺｈａｎｇＰｅｎｇｓｈｅｎｇ，，，ＭａｏＸｉａｏｎａｎ，，，ＺｈａｏＹｏｎｇｑｉｎｇ，，，ｅｔａｌ.ＩｎｄｕｓｔｒｙｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｗｏｒｌｄTiｔａｎｉｕｍａｎｄTiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｓ[Ｊ].ＲａｒｅＭｅｔａｌｓＬｅｔｔｅｒｓ，，，2007（10）： ： ：1?6.
[4]杨 露，，，王 芳，，，张学忠，，，等.钛合金Ti?6Ａｌ?4ＶＥＬＩ厚板多层多道焊试验与数值仿照[Ｊ].船舶工程，，，2021，，，43（2）： ： ：122?127.
ＹａｎｇＬｕ，，，ＷａｎｇＦａｎｇ，，，ＺｈａｎｇＸｕｅｚｈｏｎｇ，，，ｅｔａｌ.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａTiｏｎｏｎｍｕｌTi?ｌａｙｅｒａｎｄｍｕｌTi?ｐａｓｓｗｅｌｄｉｎｇｏｆTiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙTi?6Ａ1?4ＶＥＬＩｔｈｉｃｋｐｌａｔｅｓ[Ｊ].ＳｈｉｐＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，，，2021，，，43（2）： ： ：122?127.
[5]曾泽群，，，杨冠华，，，刘 柯，，，等.TC4钛合金对接板焊接残存应力仿真分析与试验验证[Ｊ].焊接技术，，，2023，，，52（3）： ： ：19?23.
ＺｅｎｇＺｅｑｕｎ，，，ＹａｎｇＧｕａｎｈｕａ，，，ＬｉｕＫｅ，，，ｅｔａｌ.ＳｉｍｕｌａTiｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｅｒｉｆｉｃａTiｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎTC4Tiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｂｕｔｔｐｌａｔｅ[Ｊ].ＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2023，，，52（3）： ： ：19?23.
[6]李良碧，，，沙宇程，，，万正权，，，等.热处置对800MPa级钛合金对接焊平板残存应力影响的数值仿照[Ｊ].舰船科学技术，，，2021，，，43（3）： ： ：31?35.
ＬｉＬｉａｎｇｂｉ，，，ＳｈａＹｕｃｈｅｎｇ，，，ＷａｎＺｈｅｎｇｑｕａｎ，，，ｅｔａｌ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａTiｏｎｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｆTi80ｆｌａｔｂｕｔｔｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔ[Ｊ].ＳｈｉｐＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2021，，，43（3）： ： ：31?35.
[7]刘文化，，，欧阳凯，，，张新明，，，等.焊后热处置对Ｓ30408／Ｑ345Ｒ复合板焊接接头残存应力的影响[Ｊ].资料热处置学报，，，2023，，，44（3）： ： ：
217?226.
ＬｉｕＷｅｎｍｉｎｇ，，，ＯｕＹａｎｇＫａｉ，，，ＺｈａｎｇＸｉｎｍｉｎｇ，，，ｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｏｓｔ?ｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｒｅｓｉｄｕａｓｔｒｅｓｓｏｆｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｏｆＳ30408／0345Ｒｃｌａｄｐｌａｔｅ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃTiｏｎｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ，，，2023，，，44（3）： ： ：217?226.
[8]吕刘帅，，，张小春，，，苏 博，，，等.镍基合金管道环形焊接与焊后热处置仿照[Ｊ].热加工工艺，，，2021，，，50（3）： ： ：128?133.
ＬüＬｉｕｓｈｕａｉ，，，ＺｈａｎｇＸｉａｏｃｈｕｎ，，，ＳｕＢｏ，，，ｅｔａｌ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａTiｏｎｏｆｐｉｐｅｇｉｒｔｈｗｅｌｄｉｎｇａｎｄｐｏｓｔ?ｗｅｌｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｎｉｃｋｅｌ?ｂａｓｅｄａｌｌｏｙ[Ｊ].ＨｏｔＷｏｒｋｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2021，，，50（3）： ： ：128?133.
[9]杜永勤，，，祝晓辉，，，刘 敏.等.Ti?6Ａｌ?4Ｖ合金焊后热处置工艺钻研[Ｊ].金属加工（热加工），，，2021（6）： ： ：47?50.
[10]于 澜.ＴＡ15钛合金构件TiＧ焊接过程的数值仿照[Ｄ].哈尔滨： ： ：哈尔滨工业大学，，，2007.
ＹｕＬａｎ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａTiｏｎｏｆＴＡ15TiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｄｕｒｉｎｇTiＧｗｅｌｄｉｎｇ[Ｄ].Ｈａｒｂｉｎ： ： ：ＨａｒｂｉｎＩｎｓTiｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2007.
[11]ＫａｓｃｈｅｌＦ，，，ＶｉｊａｙａｒａｇｈａｖａｎＲ，，，ＳｈｍｅｌｉｏｖＡ，，，ｅｔａｌ.ＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｓｔｒｅｓｓｒｅｌａｘａTiｏｎａｎｄｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａTiｏｎｉｎａｄｄｉTiｖｅｌｙｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄTi?6Ａｌ?4ＶｖｉａｉｎｓｉｔｕｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＸＲＤａｎｄＴＥＭａｎａｌｙｓｅｓ[Ｊ].ＡｃｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，，，2020，，，188： ： ：720?732.
[12]沙宇程.热处置对钛合金耐压球壳焊接残存应力影响钻研[Ｄ].宜昌： ： ：江苏科技大学，，，2020.
ＳｈａＹｕｃｈｅｎｇ.ＥｆｆｅｃｔｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｆTiｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｐｒｅｓｓｕｒｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｈｅｌｌ[Ｄ].Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ： ： ：ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，，，2020.
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