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：，，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。。
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