题目：激光快速成形TA15钛合金氩弧焊接头组织及力学性能

TA15钛合金具有中等室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能，被广泛用于制造高性能飞机的重要构件。激光快速成形技术，具有成本低、材料利用率高、加工周期短等优点，在航空航天等工业中具有广阔的应用前景。目前，在现有航空制造业中，相对于传统的机械连接工艺焊接技术的应用越来越广泛。激光快速成形钛合金与传统成型钛合金显微组织上存在很大差异，因而焊接性能理应不相同。在零件实际生产应用过程中，难免产生一些因加工失误、腐蚀、摩擦磨损而造成的尺寸较小的局部损伤，采用科学合理的修复工艺可以避免零件不必要的报废。因此，激光快速成形TA15钛合金的焊接及修复有着重要的研究意义。本文利用激光快速成形技术制备出TA15钛合金板材，利用熔化极氩弧焊（MIG）焊接方法对3mm厚激光快速成形TA15钛合金板材与普通冷轧TA15板材之间进行对接拼焊，利用OM、SEM等方法观察分析了焊接接头各区域组织特征，测试了焊接接头各区域的显微硬度以及室温拉伸性能。对开有缺口的激光快速成形TA15进行氩弧焊堆焊修复试验，研究修复后接头焊缝区、热影响区、母材的组织形态及变化特征，并测试了力学性能。得到如下结论：（1）激光快速成形TA15钛合金宏观组织为贯穿多个熔覆层外延生长的柱状晶组织，柱状晶内部显微组织为细小的针状α相和β相组成的一种超细特殊网篮显微组织。（2）激光快速成形TA15与轧制薄板TA15氩弧焊接焊缝凝固组织，是分别以激光成形件和轧制件母材半熔化的晶粒为基底外延定向生长的粗大β柱状晶，显微组织为粗大片状α+β组织。（3）轧制件对焊接热影响敏感性强，热影响区发生再结晶及长大，且距焊缝越近晶粒长大越严重。激光成形件靠近焊缝热影响区温度达到Tβ以上，β相长大相遇形成晶界，转变为等轴晶，离焊缝较远的热影响区温度在Tβ以下，仍保持柱状晶。显微组织为细针状α+β。（4）激光成形件热影响区显微组织细小，形成的相界较多，且有次生α的强化作用，硬度最高；焊缝及轧制件热影响区晶粒内部显微组织粗大，硬度最低。焊接接头抗拉强度低于两种母材，塑性与轧制件相当，断裂方式为韧窝型延性断裂；断裂位置位于轧制件热影响区，激光成形件端接头强度高于轧制件端。（5）激光快速成形TA15钛合金氩弧焊堆焊修复件焊缝宏观组织是以母材半熔化晶粒为基底定向生长的粗大β柱状晶，显微组织为片状α+β组织特征。热影响区较宽，该区初生α相大小及含量与母材和焊缝区均不同，且β相中存在少量次生α相。（6）激光快速成形TA15钛合金氩弧焊堆焊修复件母材主要由粗大的片层状α相组成，硬度较低；在焊缝区，片层状α相较细长，硬度随之略有上升；在热影响区，由于次生α相析出起到了强化作用，硬度最大。（7）经氩弧焊堆焊修复的激光快速成形TA15钛合金强度并未明显下降，塑性较低，断裂方式为穿晶断裂和韧性断裂。激光快速成形TA15钛合金堆焊修复件的冲击韧性比母材低。