電子束焊接是目前最成熟的高能束流加工方法之一。由于其具有焊縫深寬比高、熱輸入小、焊接部件變形小、工作效率高、真空中焊接受大氣污染小等優(yōu)點(diǎn)，適合于鈦合金的焊接，在航空及航天的鈦合金焊接結(jié)構(gòu)制造中得到了廣泛的應(yīng)用。焊接過(guò)程中焊接接頭不同部位受熱狀態(tài)及冷卻速度都有差異，造成焊接接頭各區(qū)域顯微組織有較大差異，根據(jù)組織形態(tài)不同形成不同的區(qū)域，一般可分為熔合區(qū)、熱影響區(qū)及母材區(qū)。這些區(qū)域除了組織上的不一致，還有顯微硬度分布上的不一致。電子束焊接焊縫深寬比高、熱輸入小的特點(diǎn)使合金溶池快速凝固，易形成細(xì)小的針狀組織，這種針狀組織往往是馬氏體結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是硬而脆，焊縫塑性不足、強(qiáng)度有余。為改善焊縫區(qū)塑形，嵌料焊接是理想選擇，其原理是填入合適的嵌料，通過(guò)降低焊縫區(qū)的合金化程度來(lái)達(dá)到改善焊縫區(qū)塑性和強(qiáng)度匹配的目的，但嵌料焊接可能會(huì)帶來(lái)焊接接頭疲勞性能的改變。為此，本研究通過(guò)在BT20鈦合金電子束焊接過(guò)程中添加嵌料，改變接頭熔合區(qū)的化學(xué)成分，研究成分的變化對(duì)該合金電子束焊接接頭焊縫區(qū)顯微組織、顯微硬度以及高周疲勞性能的影響。

　　實(shí)驗(yàn)所用材料為BT20鍛件，尺寸為100mm×200mm×400mm，鑲料為BT20-2CB焊料，兩種材料的成分見(jiàn)表1。焊接方法為在兩塊BT20鍛件坯料中間夾一塊厚約1mm的BT20-2CB嵌料，在電子束焊箱中高能束流掃過(guò)該夾縫，將嵌料及其周?chē)糠只w溶化、混合，形成合金成分不同于基體的焊縫。 合金元素 Al V Mo Zr H O N BT20 6.5 2.0 1.7 2.2 0.007 0.12 0.01 BT20-2CB 4.0 1.02 0.98 1.54 0.0024 0.10 0.01 采用嵌料焊接的方法可以改變焊縫區(qū)的顯微硬度分布，焊接接頭硬度由傳統(tǒng)的“杯狀”分布變?yōu)?ldquo;馬鞍形”分布，基材與熔合區(qū)硬度差減小。疲勞過(guò)程中，由于接頭硬度高于基體，位錯(cuò)首先在基體區(qū)啟動(dòng)，并在基材-熔合區(qū)界面發(fā)生位錯(cuò)塞積。根據(jù)位錯(cuò)塞積能否激發(fā)熔合區(qū)內(nèi)滑移系啟動(dòng)，疲勞接頭試樣出現(xiàn)了兩種不同的斷裂位置：基材區(qū)和熔合區(qū)。在低應(yīng)力下，疲勞變形主要集中在基材內(nèi)，斷裂位置也在母材區(qū)，相同應(yīng)力水平下嵌料和傳統(tǒng)焊接接頭疲勞強(qiáng)度相當(dāng)；大應(yīng)力下，基材加工硬化導(dǎo)致熔合區(qū)內(nèi)滑移系啟動(dòng)，熔合區(qū)粗大的柱狀晶組織使變形容易局部化，導(dǎo)致高應(yīng)力水平下嵌料焊接接頭疲勞斷裂位置由基材轉(zhuǎn)為熔合區(qū)，疲勞性能下降。