一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法技術

本發明專利技術公開了一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，利用金相觀察區分出接頭母材和熱影響區后，再通過充分熱處理后熱影響區發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大的特性區分出熱影響區和熔化區。應用本方法可以明確地劃分出工業純鈦熔焊接頭的各個區域，有利于從本質上理解工業純鈦熔焊接頭微觀組織的形成機理和力學性能的變化規律，為后續熔焊接頭的相關研究提供先決條件。

A method for determining the location of welded joints in industrial pure titanium joints

The invention discloses a method for determining titanium welding joint cross section position of the District, the metallographic observation to distinguish joint base metal and heat affected zone, and then through the separation of heat affected zone and melting zone characteristics fully after heat treatment occurred in the heat affected zone of grain growth or recrystallization and grain growth. The application of this method can be clearly divided into various regions of welded joints of pure titanium, benefit from understanding the nature of industrial pure titanium welding joint variation of formation mechanism and mechanical properties of microstructure, provide a prerequisite for the subsequent research of fusion joints.

【技術實現步驟摘要】
一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法
本專利技術屬于材料焊接及冶金領域，具體涉及一種通過熱處理和金相觀察的方法確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法。
技術介紹
工業純鈦由于耐腐蝕能力強及生物相容性好等特點，在石油化工和生物醫學等領域得到廣泛應用。在這些領域中，各式各樣復雜形狀構件的大量使用不可避免地涉及到焊接問題，而熔焊(熔化焊接)作為最常見的焊接方法被大量使用，因而研究工業純鈦熔焊接頭的組織性能非常重要。工業純鈦熔焊接頭由母材、熱影響區和熔化區組成。在冷卻過程中接頭的熔化區先發生凝固產生了柱狀晶，隨后熔化區和熱影響區都發生了固態相變，即β相向α相的轉變，在常溫下只有α相存在。由于相變的發生掩蓋了熔化區的柱狀晶凝固特征，導致熔化區和熱影響區很難區分。只有明確了熔焊接頭的各區位置，才能從本質上理解工業純鈦熔焊接頭微觀組織的形成機理和力學性能的變化規律，為后續熔焊接頭的相關研究提供先決條件。因此，明確區分工業純鈦熔焊接頭各區位置很有必要。目前一般是對軋制之后的工業純鈦板材做熱處理，而工業純鈦熔焊之后的接頭不常做熱處理，所以目前沒有人注意到適度熱處理對區分熱影響區和熔化區可能發揮的積極作用。
技術實現思路
為明確區分工業純鈦熔焊接頭各區域的位置，本專利技術提供了一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法。為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：利用金相觀察區分出接頭母材和熱影響區后進行熱處理，利用熱處理使工業純鈦熔焊接頭的熱影響區發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大，然后利用金相觀察對該熱影響區與晶粒未發生明顯變化的熔化區進行劃分。所述熱處理采用惰性氣體保護下熱處理或真空熱處理。所述工業純鈦熔焊接頭中的母材選自工業純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。所述工業純鈦熔焊接頭在焊接過程中，若使用填充材料，填充材料選自工業純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。所述工業純鈦熔焊接頭采用熔化極惰性氣體保護焊、鎢極氬弧焊或激光焊等熔焊方法制成。所述熱處理的溫度為≥600℃。所述熱處理的溫度為650-700℃，保溫時間為90-210min。所述熱處理的的溫度為700℃，保溫時間為90-120min。本專利技術的有益效果體現在：本專利技術利用熱處理以及金相觀察可以清晰地劃分出工業純鈦熔焊接頭的各個區域，有助于從本質上理解工業純鈦熔焊接頭微觀組織的形成機理和力學性能的變化規律，為后續熔焊接頭的相關研究提供先決條件。并且該方法簡便可靠。附圖說明圖1是未經熱處理的工業純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面整體照片。圖2是未經熱處理(a)、不充分熱處理(b)、充分熱處理條件I(c)和充分熱處理條件II(d)下的工業純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面局部照片。圖3是充分熱處理條件II下的工業純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面整體照片。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本專利技術做進一步詳細說明。(一)方法原理針對工業純鈦熔焊接頭試樣，先對其橫截面進行金相觀察，由于母材和熱影響區組織的差異，所以兩者很容易就能區分。但由于相變的發生掩蓋了熔化區的凝固特征，導致金相觀察時熱影響區和熔化區組織形態相似，其邊界較難劃分。本專利技術采用對試樣(工業純鈦熔焊接頭)進行充分熱處理，發現熱影響區晶界發生了平直化，晶粒向等軸化轉變；而母材和熔化區的組織形態沒有發生明顯變化。這說明熱影響區的晶粒在充分熱處理后，發生了晶粒長大或再結晶和晶粒長大。因此通過熱處理和金相觀察的方法，就可以區分出熱影響區和熔化區。(二)適用范圍被焊接材料(母材)為工業純鈦TA系列里TA1、TA2、TA3或TA4，別的TA鈦合金熔焊接頭有馬氏體生成，可直接觀察，不用上述熱處理。TC鈦合金熔焊接頭也有馬氏體生成，可直接觀察，不用上述熱處理。TB鈦合金熔焊接頭沒有發生固態相變，所以不用通過上述熱處理進行區分。在焊接過程中，填充材料也必須選自TA1、TA2、TA3或TA4。(三)熱處理的條件(1)溫度和時間選擇：理論上熱處理的最低溫度為熱影響區不發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大的最高溫度，熱處理的最高溫度為熔化區發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大的最低溫度。在此溫度區間，溫度值越高，需要的熱處理時間會相應縮短。例如，650℃保溫120min時，接頭熱影響區少數晶粒邊界由鋸齒狀變得平滑、晶粒內部變得平整、呈現出等軸狀。675℃保溫120min時，熱影響區晶粒長大或再結晶和晶粒長大現象較650℃時明顯。700℃在保溫時間為90min時熱影響區絕大多數晶粒發生了晶粒長大或再結晶和晶粒長大，可輕易區分出熱影響區和熔化區。由以上實驗數據可知，650-700℃溫度下保溫時間為90-210min為宜。(2)真空熱處理：鈦比較活潑，很容易與氫、氧、氮發生反應，在進行焊接或者熱處理時需與空氣隔絕，所以選擇惰性氣體保護或者真空熱處理。(四)母材和熱影響區的組織形態差異本專利技術中采用的是完全退火態的試樣，所以母材晶界呈現出等軸狀，熱影響區晶粒形態不規則，晶粒邊界呈鋸齒狀，這樣可以在上述熱處理前從晶粒形態上區分出母材和熱影響區。還有一種材料是軋制后未做退火處理的板材，其母材晶粒存在軋制方向的變形，而熱影響區的邊界由于再結晶和晶粒長大可能處于等軸狀，這樣也可以從晶粒形態上區分出母材和熱影響區?？傊?，可以從金相觀察中的晶粒形態區分出母材和熱影響區。(五)本專利技術方法的應用價值通過熱處理只是為了劃分邊界，只要工藝相同，接頭的重復性很高，所以劃出一個試樣的熱影響區和熔化區邊界，相當于其他同類接頭的也就劃好了。(六)以工業純鈦TA2激光熔焊接頭為例進行實驗和效果說明(1)從圖1中可以看出：未經熱處理的工業純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面上母材和熱影響區組織形態差異較大，所以邊界很容易劃分(白色線段為劃分的邊界)。而熱影響區和熔化區組織形態相似，僅通過金相觀察無法明確區分。(2)由圖2(a)與圖2(b)對比可知：不充分熱處理(熱處理溫度為700℃時，保溫時間為60min)下的接頭母材和熔化區的組織形貌沒有發生明顯變化，而熱影響區部分晶粒邊界由鋸齒狀變得平滑，部分晶粒形態呈現出等軸狀，說明這些晶粒經過了晶粒長大或再結晶和晶粒長大。但熔化區與熱影響區的界線仍不清晰，無法確定熱影響區的位置；由圖2(b)與圖2(c)對比可知：充分熱處理條件I(熱處理溫度為700℃時，保溫時間為90min)下的接頭母材和熔化區的組織形貌仍然沒有發生明顯變化，而熱影響區絕大多數晶粒發生了晶粒長大或再結晶和晶粒長大，可輕易區分出熱影響區和熔化區；由圖2(c)與圖2(d)對比可知：在充分熱處理條件II(熱處理溫度為700℃時，保溫時間為120min)下，盡管延長保溫時間30分鐘，熱影響區和熔化區的邊界位置基本不變。(3)經過充分熱處理條件I或II處理并進行金相觀察后，可以對接頭熱影響區和熔化區的邊界進行劃分，圖3中已顯示出母材、熱影響區和熔化區的位置及邊界，其中，母材與熱影響區的邊界在熱處理前后未發生明顯變化。綜上所述，通過引入上述熱處理和金相觀察的方法，能夠較為精確地劃分出工業純鈦熔焊接頭橫截面中各個區域的位置。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，其特征在于：包括以下步驟：利用熱處理使工業純鈦熔焊接頭的熱影響區發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大，然后利用金相觀察對該熱影響區與晶粒未發生變化的熔化區進行劃分。

【技術特征摘要】
1.一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，其特征在于：包括以下步驟：利用熱處理使工業純鈦熔焊接頭的熱影響區發生晶粒長大或再結晶和晶粒長大，然后利用金相觀察對該熱影響區與晶粒未發生變化的熔化區進行劃分。2.根據權利要求1所述一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，其特征在于：所述熱處理采用惰性氣體保護下熱處理或真空熱處理。3.根據權利要求1所述一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，其特征在于：所述工業純鈦熔焊接頭中的母材選自工業純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。4.根據權利要求1所述一種用于確定工業純鈦熔焊接頭橫截面各區位置的方法，其特征在于：所述工業純鈦熔焊接頭在焊接過程中，填充材料選自工業純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。5.根據權利要求1所述一種...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉宏，稅佳，蔡拓，陳全，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61