和其他金属材料相比，钛合金具有更高的比强度和耐疲劳性，因此在要求轻量化的航空航天领域得到了广泛应用。目前，焊接是将零部件连接成大型结构件的关键技术。有研究表明，硼元素能够细化铸造钛合金的晶粒，同时在钛合金的增材制造过程中还能细化粗大的柱状β晶。但硼元素在钛合金激光焊接中的作用还不清楚。

【成果简介】

近日，查尔姆斯理工大学的Sakari Tolvanen（通讯作者）在metallurgical and Materials Transactions A发表了最新的研究成果“Microstructure and Porosity of Laser Welds in Cast Ti－6Al－4V with Addition of Boron”。在该文中，研究人员研究了硼对Ti－6Al－4V钛合金激光焊接的影响。

【图文导读】

图1 铸造Ti－6Al－4V平板堆焊实物图

图2 腐蚀以后的焊接接头横截面

（a）不加B

（b）0．06％B

（c）0．11％B

图3 添加0．11％B时焊接接头不同区域的显微组织

（a）熔合区和热影响区显微组织

（b）熔合区显微组织

（c）靠近熔合线的热影响区显微组织

（d）热影响区显微组织

图4 EBSD取向图

（a）添加0．06％硼元素的焊接件中α相的EBSD图

（b）不添加硼元素时重构的β相

（c）添加0．06％硼元素时重构的β相

（d）密排六方结构的α相和体心立方β相的反极图颜色

图5 熔合区和热影响区的SEM图

（a）不加硼元素时熔合区的SEM图

（b）添加0．06％硼元素时熔合区的SEM图

（c）添加0．11％硼元素时熔合区的SEM图

（d）不加硼元素时热影响区的SEM图

（e）添加0．06％硼元素时热影响区的SEM图

（f）添加0．11％硼元素时热影响区的SEM图

图6 焊接接头断层扫描图和三维重建图

（a）不加硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

（b）添加0．06％硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

（c）添加0．11％硼元素时焊接接头12mm处的三维重建及其放大图

【小结】

（1）添加硼元素的焊接接头晶粒尺寸显著减小，晶粒呈细小的柱状晶。母材中的先析出的β晶粒中的TiB粒子会阻碍热影响区晶粒长大。

（2）随着硼元素量的增加，板条状α长度减小，厚度不变。

（3）熔合区和靠近熔合线的热影响区的TiB粒子受焊接过程影响，而远离熔合线的热影响区及母材的TiB粒子不受影响。由于焊接过程中冷却速度快，使受影响的TiB粒子尺寸显著减小。TiB粒子在熔合区枝晶间呈带状分布。

（4）硼对熔合区的宽度和气孔的分布有一定影响，这表明焊接过程中硼会影响熔池流动。