目前針對(duì)TC4鈦合金，多采用氬弧焊或等離子弧焊進(jìn)行焊接加工，但該兩種方法均需填充焊接材料，由于保護(hù)氣氛、純度及效果的限制，帶來接頭含氧量增加，強(qiáng)度下降，且焊后變形較大。采用電子束焊接和激光束焊接，研究了TC4鈦合金的焊接工藝性，實(shí)現(xiàn)該種材料的精密焊接。

　　試驗(yàn)材料為TC4（Ti-6Al-4V）；試驗(yàn)設(shè)備：SW1002/7.5-150型真空電子束焊機(jī)、RS2000型軸流CO2激光加工機(jī)。在試驗(yàn)實(shí)施時(shí)，焊接階梯試環(huán)，粗找工藝參數(shù)，初步確定焊接工藝規(guī)范；焊接平板對(duì)接試樣，利用X射線探傷儀檢測(cè)焊縫內(nèi)部質(zhì)量，并進(jìn)行金相組織分析；焊接對(duì)接試環(huán)，用三坐標(biāo)精密測(cè)試儀測(cè)量焊件軸向與徑向焊接變形。

　　(1) 焊縫氣孔傾向。焊縫中的氣孔是焊接鈦合金最普遍的缺陷，存在于被焊金屬電弧區(qū)中的氫和氧是產(chǎn)生氣孔的主要原因。TC4鈦合金電子束焊接，其焊縫中氣孔缺陷很少。為此，著重就激光焊接焊縫中形成氣孔的工藝因素進(jìn)行研究。

　　由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，激光焊接時(shí)焊縫中的氣孔與焊縫線能量有較密切關(guān)系，若焊接線能量適中，焊縫內(nèi)只有極少量氣孔、甚至無氣孔，線能量過大或過小均會(huì)導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)嚴(yán)重的氣孔缺陷。此外，焊縫中是否有氣孔缺陷還與焊件壁厚有一定關(guān)系，比較試樣試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨著焊接壁厚的增加，焊縫中出現(xiàn)氣孔的概率增加。

　　(2) 焊縫內(nèi)部質(zhì)量。利用平板對(duì)接試樣，采用電子束焊接和激光焊接來考察焊縫內(nèi)部質(zhì)量，經(jīng)理化檢測(cè)，焊縫內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)X射線探傷，達(dá)GB3233-87 II級(jí)要求，焊縫表面和內(nèi)部均無裂紋出現(xiàn)，焊縫外觀成型良好，色澤正常。

　　(3) 焊深及其波動(dòng)情況。鈦合金作為工程構(gòu)件使用，對(duì)焊深有一定要求，否則不能滿足構(gòu)件強(qiáng)度要求；而且要實(shí)現(xiàn)精密焊接，必須對(duì)焊深波動(dòng)加以控制。為此，采用電子束焊接和激光焊接方法分別焊接了兩對(duì)對(duì)接試環(huán)，焊后對(duì)試環(huán)進(jìn)行了縱向及橫向解剖，來考察焊深及焊深波動(dòng)情況，結(jié)果表明，電子束焊接焊縫平均焊深可達(dá)2.70mm以上，焊深波動(dòng)幅度為-5.2~+6.0%，不超過±10%；激光焊接焊縫平均焊深約為2.70mm，焊深波動(dòng)幅度為- 3.8~+5.9%，不超過±10%。

　　(4) 接頭變形分析。利用對(duì)接試環(huán)來考察接頭焊接變形，檢測(cè)了對(duì)接試環(huán)的徑向及軸向變形，結(jié)果表明，電子束焊接和激光焊接的變形都很小。電子束焊接的徑向收縮變形量為f 0.05~f 0.09mm，軸向收縮量為0.06~0.14mm；激光焊接的徑向收縮變形量為f 0.03~f 0.10mm，軸向收縮變形量為0.02~0.03mm。

　　(5) 焊縫組織分析。經(jīng)理化檢測(cè)，焊縫組織為a+b，組織形態(tài)為柱狀晶+等軸晶，有少量的板條馬氏體出現(xiàn)，晶粒度與基體接近，熱影響區(qū)較窄，組織形態(tài)和特征較為理想。

　　經(jīng)研究可得出：對(duì)于TC4鈦合金，無論是激光焊接還是電子束焊接，只要工藝參數(shù)匹配合理，均可使焊縫內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)GB3233-87Ⅱ級(jí)焊縫要求，實(shí)現(xiàn)TC4鈦合金的精密焊接；焊縫外觀成形良好，色澤正常；焊縫余高很小，無咬邊、凹陷、表面裂紋等缺陷產(chǎn)生。