本發(fā)明屬于材料焊接及冶金領(lǐng)域，具體涉及一種通過熱處理和金相觀察的方法確定工業(yè)純鈦熔焊接頭橫截面各區(qū)位置的方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)純鈦由于耐腐蝕能力強(qiáng)及生物相容性好等特點(diǎn)，在石油化工和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在這些領(lǐng)域中，各式各樣復(fù)雜形狀構(gòu)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(yè)純鈦熔焊接頭的組織性能非常重要。

工業(yè)純鈦熔焊接頭由母材、熱影響區(qū)和熔化區(qū)組成。在冷卻過程中接頭的熔化區(qū)先發(fā)生凝固產(chǎn)生了柱狀晶，隨后熔化區(qū)和熱影響區(qū)都發(fā)生了固態(tài)相變，即β相向α相的轉(zhuǎn)變，在常溫下只有α相存在。由于相變的發(fā)生掩蓋了熔化區(qū)的柱狀晶凝固特征，導(dǎo)致熔化區(qū)和熱影響區(qū)很難區(qū)分。只有明確了熔焊接頭的各區(qū)位置，才能從本質(zhì)上理解工業(yè)純鈦熔焊接頭微觀組織的形成機(jī)理和力學(xué)性能的變化規(guī)律，為后續(xù)熔焊接頭的相關(guān)研究提供先決條件。因此，明確區(qū)分工業(yè)純鈦熔焊接頭各區(qū)位置很有必要。

目前一般是對(duì)軋制之后的工業(yè)純鈦板材做熱處理，而工業(yè)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(duì)區(qū)分熱影響區(qū)和熔化區(qū)可能發(fā)揮的積極作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為明確區(qū)分工業(yè)純鈦熔焊接頭各區(qū)域的位置，本發(fā)明提供了一種用于確定工業(yè)純鈦熔焊接頭橫截面各區(qū)位置的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

利用金相觀察區(qū)分出接頭母材和熱影響區(qū)后進(jìn)行熱處理，利用熱處理使工業(yè)純鈦熔焊接頭的熱影響區(qū)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，然后利用金相觀察對(duì)該熱影響區(qū)與晶粒未發(fā)生明顯變化的熔化區(qū)進(jìn)行劃分。

所述熱處理采用惰性氣體保護(hù)下熱處理或真空熱處理。

所述工業(yè)純鈦熔焊接頭中的母材選自工業(yè)純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。

所述工業(yè)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(yè)純鈦TA1、TA2、TA3或TA4。

所述工業(yè)純鈦熔焊接頭采用熔化極惰性氣體保護(hù)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(shí)間為90-210min。

所述熱處理的的溫度為700℃，保溫時(shí)間為90-120min。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明利用熱處理以及金相觀察可以清晰地劃分出工業(yè)純鈦熔焊接頭的各個(gè)區(qū)域，有助于從本質(zhì)上理解工業(yè)純鈦熔焊接頭微觀組織的形成機(jī)理和力學(xué)性能的變化規(guī)律，為后續(xù)熔焊接頭的相關(guān)研究提供先決條件。并且該方法簡(jiǎn)便可靠。

附圖說(shuō)明

圖1是未經(jīng)熱處理的工業(yè)純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面整體照片。

圖2是未經(jīng)熱處理(a)、不充分熱處理(b)、充分熱處理?xiàng)l件I(c)和充分熱處理?xiàng)l件II(d)下的工業(yè)純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面局部照片。

圖3是充分熱處理?xiàng)l件II下的工業(yè)純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面整體照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

(一)方法原理

針對(duì)工業(yè)純鈦熔焊接頭試樣，先對(duì)其橫截面進(jìn)行金相觀察，由于母材和熱影響區(qū)組織的差異，所以兩者很容易就能區(qū)分。但由于相變的發(fā)生掩蓋了熔化區(qū)的凝固特征，導(dǎo)致金相觀察時(shí)熱影響區(qū)和熔化區(qū)組織形態(tài)相似，其邊界較難劃分。本發(fā)明采用對(duì)試樣(工業(yè)純鈦熔焊接頭)進(jìn)行充分熱處理，發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)晶界發(fā)生了平直化，晶粒向等軸化轉(zhuǎn)變；而母材和熔化區(qū)的組織形態(tài)沒有發(fā)生明顯變化。這說(shuō)明熱影響區(qū)的晶粒在充分熱處理后，發(fā)生了晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。因此通過熱處理和金相觀察的方法，就可以區(qū)分出熱影響區(qū)和熔化區(qū)。

(二)適用范圍

被焊接材料(母材)為工業(yè)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(fā)生固態(tài)相變，所以不用通過上述熱處理進(jìn)行區(qū)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(shí)間選擇：理論上熱處理的最低溫度為熱影響區(qū)不發(fā)生晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的最高溫度，熱處理的最高溫度為熔化區(qū)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的最低溫度。在此溫度區(qū)間，溫度值越高，需要的熱處理時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮短。例如，650℃保溫120min時(shí)，接頭熱影響區(qū)少數(shù)晶粒邊界由鋸齒狀變得平滑、晶粒內(nèi)部變得平整、呈現(xiàn)出等軸狀。675℃保溫120min時(shí)，熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象較650℃時(shí)明顯。700℃在保溫時(shí)間為90min時(shí)熱影響區(qū)絕大多數(shù)晶粒發(fā)生了晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，可輕易區(qū)分出熱影響區(qū)和熔化區(qū)。由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，650-700℃溫度下保溫時(shí)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(fā)生反應(yīng)，在進(jìn)行焊接或者熱處理時(shí)需與空氣隔絕，所以選擇惰性氣體保護(hù)或者真空熱處理。

(四)母材和熱影響區(qū)的組織形態(tài)差異

本發(fā)明中采用的是完全退火態(tài)的試樣，所以母材晶界呈現(xiàn)出等軸狀，熱影響區(qū)晶粒形態(tài)不規(guī)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(tài)上區(qū)分出母材和熱影響區(qū)。

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(qū)的邊界由于再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大可能處于等軸狀，這樣也可以從晶粒形態(tài)上區(qū)分出母材和熱影響區(qū)。

總之，可以從金相觀察中的晶粒形態(tài)區(qū)分出母材和熱影響區(qū)。

(五)本發(fā)明方法的應(yīng)用價(jià)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(fù)性很高，所以劃出一個(gè)試樣的熱影響區(qū)和熔化區(qū)邊界，相當(dāng)于其他同類接頭的也就劃好了。

(六)以工業(yè)純鈦TA2激光熔焊接頭為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和效果說(shuō)明

(1)從圖1中可以看出：未經(jīng)熱處理的工業(yè)純鈦TA2激光熔焊接頭橫截面上母材和熱影響區(qū)組織形態(tài)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(qū)和熔化區(qū)組織形態(tài)相似，僅通過金相觀察無(wú)法明確區(qū)分。

(2)由圖2(a)與圖2(b)對(duì)比可知：不充分熱處理(熱處理溫度為700℃時(shí)，保溫時(shí)間為60min)下的接頭母材和熔化區(qū)的組織形貌沒有發(fā)生明顯變化，而熱影響區(qū)部分晶粒邊界由鋸齒狀變得平滑，部分晶粒形態(tài)呈現(xiàn)出等軸狀，說(shuō)明這些晶粒經(jīng)過了晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。但熔化區(qū)與熱影響區(qū)的界線仍不清晰，無(wú)法確定熱影響區(qū)的位置；由圖2(b)與圖2(c)對(duì)比可知：充分熱處理?xiàng)l件I(熱處理溫度為700℃時(shí)，保溫時(shí)間為90min)下的接頭母材和熔化區(qū)的組織形貌仍然沒有發(fā)生明顯變化，而熱影響區(qū)絕大多數(shù)晶粒發(fā)生了晶粒長(zhǎng)大或再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大，可輕易區(qū)分出熱影響區(qū)和熔化區(qū)；由圖2(c)與圖2(d)對(duì)比可知：在充分熱處理?xiàng)l件II(熱處理溫度為700℃時(shí)，保溫時(shí)間為120min)下，盡管延長(zhǎng)保溫時(shí)間30分鐘，熱影響區(qū)和熔化區(qū)的邊界位置基本不變。

(3)經(jīng)過充分熱處理?xiàng)l件I或II處理并進(jìn)行金相觀察后，可以對(duì)接頭熱影響區(qū)和熔化區(qū)的邊界進(jìn)行劃分，圖3中已顯示出母材、熱影響區(qū)和熔化區(qū)的位置及邊界，其中，母材與熱影響區(qū)的邊界在熱處理前后未發(fā)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(yè)純鈦熔焊接頭橫截面中各個(gè)區(qū)域的位置。