和其他金屬材料相比，鈦合金具有更高的比強度和耐疲勞性，因此在要求輕量化的航空航天領域得到了廣泛應用。目前，焊接是將零部件連接成大型結構件的關鍵技術。有研究表明，硼元素能夠細化鑄造鈦合金的晶粒，同時在鈦合金的增材制造過程中還能細化粗大的柱狀β晶。但硼元素在鈦合金激光焊接中的作用還不清楚。

【成果簡介】

近日，查爾姆斯理工大學的Sakari Tolvanen（通訊作者）在Metallurgical and Materials Transactions A發表了的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti－6Al－4V with Addition of Boron”。在該文中，研究人員研究了硼對Ti－6Al－4V鈦合金激光焊接的影響。

【圖文導讀】

圖1 鑄造Ti－6Al－4V平板堆焊實物圖

圖2 腐蝕以后的焊接接頭橫截面

（a）不加B

（b）0．06％B

（c）0．11％B

圖3 添加0．11％B時焊接接頭不同區域的顯微組織

（a）熔合區和熱影響區顯微組織

（b）熔合區顯微組織

（c）靠近熔合線的熱影響區顯微組織

（d）熱影響區顯微組織

圖4 EBSD取向圖

（a）添加0．06％硼元素的焊接件中α相的EBSD圖

（b）不添加硼元素時重構的β相

（c）添加0．06％硼元素時重構的β相

（d）密排六方結構的α相和體心立方β相的反極圖顏色

圖5 熔合區和熱影響區的SEM圖

（a）不加硼元素時熔合區的SEM圖

（b）添加0．06％硼元素時熔合區的SEM圖

（c）添加0．11％硼元素時熔合區的SEM圖

（d）不加硼元素時熱影響區的SEM圖

（e）添加0．06％硼元素時熱影響區的SEM圖

（f）添加0．11％硼元素時熱影響區的SEM圖

圖6 焊接接頭斷層掃描圖和三維重建圖

（a）不加硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

（b）添加0．06％硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

（c）添加0．11％硼元素時焊接接頭12mm處的三維重建及其放大圖

【小結】

（1）添加硼元素的焊接接頭晶粒尺寸顯著減小，晶粒呈細小的柱狀晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子會阻礙熱影響區晶粒長大。

（2）隨著硼元素量的增加，板條狀α長度減小，厚度不變。

（3）熔合區和靠近熔合線的熱影響區的TiB粒子受焊接過程影響，而遠離熔合線的熱影響區及母材的TiB粒子不受影響。由于焊接過程中冷卻速度快，使受影響的TiB粒子尺寸顯著減小。TiB粒子在熔合區枝晶間呈帶狀分布。

（4）硼對熔合區的寬度和氣孔的分布有一定影響，這表明焊接過程中硼會影響熔池流動。