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TC4钛合金单丝MIG接头疲劳损伤行为研究

张龙 李清波 戴宇 陈东高 何逸凡

张龙, 李清波, 戴宇, 陈东高, 何逸凡. TC4钛合金单丝MIG接头疲劳损伤行为研究[J]. 钢铁钒钛, 2022, 43(2): 62-67. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.02.010
引用本文: 张龙, 李清波, 戴宇, 陈东高, 何逸凡. TC4钛合金单丝MIG接头疲劳损伤行为研究[J]. 钢铁钒钛, 2022, 43(2): 62-67. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.02.010
Zhang Long, Li Qingbo, Dai Yu, Chen Donggao, He Yifan. A study on fatigue damage behavior of single-wire MIG welding joint for TC4 titanium alloy[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2022, 43(2): 62-67. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.02.010
Citation: Zhang Long, Li Qingbo, Dai Yu, Chen Donggao, He Yifan. A study on fatigue damage behavior of single-wire MIG welding joint for TC4 titanium alloy[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2022, 43(2): 62-67. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.02.010

TC4钛合金单丝MIG接头疲劳损伤行为研究

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2022.02.010
基金项目: 宁波市自然科学基金资助项目(2018A610169)
详细信息
    作者简介:

    张龙(1991—),男,河南永城人,硕士研究生,工程师,主要工作方向为钛合金先进制造技术,E-mail: 1027578531@qq.com

    通讯作者:

    陈东高,男,研究员,研究方向为轻质材料焊接制造技术,E-mail: chendg2580@sina.com

  • 中图分类号: TF823

A study on fatigue damage behavior of single-wire MIG welding joint for TC4 titanium alloy

  • 摘要: 采用单丝MIG焊工艺焊接15 mm厚TC4钛合金,对母材和焊接接头的组织、拉伸性能、疲劳性能进行分析测试。结果表明:焊接接头分为母材、热影响区和焊缝区3个部分,其中母材为α+β等轴组织,热影响区为α+β和α′马氏体组成的混合组织,焊缝区在强烈热冲击作用下,晶粒粗化,晶粒内为α′马氏体组织。接头拉伸试样断裂在母材处,断后延伸率为10.5%。母材和焊接接头疲劳寿命随着应力水平的增加而减小,在高应力水平下,母材疲劳寿命高于母材,低应力水平下则相反;母材疲劳源位于试样表面的划痕处,接头疲劳起源于内部气孔处,接头疲劳扩展区有许多二次裂纹,接头扩展区疲劳条带间距小于母材,接头和母材瞬断区都有大量韧窝。
  • 图  1  焊接坡口示意(单位:mm)

    Figure  1.  Schematic Diagram of welding groove

    图  2  疲劳试样尺寸(单位:mm)

    Figure  2.  Fatigue sample size

    图  3  焊接接头微观组织

    (a)焊接接头;(b)母材;(c)焊缝区;(d)热影响区

    Figure  3.  Microstructure of welded joint

    图  4  拉伸试样尺寸(单位:mm)

    Figure  4.  Tensile specimen size

    图  5  接头拉伸试样断口形貌

    Figure  5.  Fracture morphology of joint tensile specimen

    图  6  母材和焊接接头的S-N曲线

    Figure  6.  S-N curve of base metal and welded joint

    图  7  母材和焊接接头疲劳源形貌

    Figure  7.  Fatigue source morphology of base metal and welded joint

    图  8  母材和焊接接头疲劳裂纹扩展区形貌

    (a)、(b)母材;(c)(d)接头区

    Figure  8.  Morphology of fatigue crack propagation zone of base metal and welded joint

    图  9  母材和焊接接头瞬断区形貌

    (a)母材;(b)焊接接头

    Figure  9.  Morphologies of base metal and transient fracture zone of welded joint

    表  1  母材和焊丝化学成分

    Table  1.   Chemical composition of base metal and welding wire %

    TiAlVFeCNHO
    母材余量6.284.040.1360.0170.010.0010.13
    焊丝余量5.584.130.220.050.030.0150.4
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    表  2  焊接工艺参数

    Table  2.   Welding process parameters

    焊接电流/A焊接速度/(m·min−1)干伸长/mm保护气流量/(L·min−1弧长修正/%
    140~1800.3~0.612~1520~25+30
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    表  3  拉伸试验结果

    Table  3.   Tensile test results

    样品名称样品编号抗拉强度/MPa延伸率/%
    母材1-184612.5
    母材1-284014.0
    母材1-384311.0
    焊缝1-184811.5
    焊缝1-285011.0
    焊缝1-385212.0
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    表  4  疲劳试验测试结果

    Table  4.   Fatigue test results

    样品应力水平/MPa疲劳寿命N/次
    母材42234354900
    5061435500
    548317700
    590118300
    焊缝425100000000
    5104351100
    5521114700
    595320400
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-28
  • 网络出版日期:  2022-05-11
  • 刊出日期:  2022-04-28

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