5.3本章小结 24

结论 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1 课题研究背景和意义

随着钛合金研究领域的快速发展，钛合金在一些高端领域，如航天器领域大显身手。同时，在日常的生活中，钛合金的应用面也是越来越广。这不仅归结于钛合金优异的综合性能，还因为制造钛合金的成本减少、工艺更先进。因此，对于钛合金的研究就显得很有必要。

从单位时间的热输入量来分类，等离子因其较大的能量密度，可以将其分为高能束流的一种。等离子弧具有能量密度高、射流速度快、电弧力强的特性等优点[1]。它的基本原理为：通过水冷喷嘴的工作气体如氩气和氮气的混合气受强烈高压作用后电离从而形成温度极高的等离子流[2]。而对于钛合金的快速原型技术，国内外都进行了研究。所以，基于增材制造的钛合金工艺研究受到了重视。

等离子弧焊接中由于等离子弧焊弧柱温度高，能量密度大，熔透能力强，在同样的熔深下其焊接速度比一般的TIG焊接快，可以提高焊接速率[3]。同时，可以通过调控等离子焊接参数，使其改变热输入量，这样对焊缝的成形有利，使其焊缝均匀。并且热影响区窄，焊接变形也小。电弧比较稳定，在手动操作时可以很灵活。

由于等离子焊接这些特点，于是国内外对于等离子焊接运用到了钛合金上，尤其是钛合金的增材制造（也叫3D打印技术)。它是通过连续的物理材料的逐层增加层叠来生成三维实体的制造技术，是集合高清影像技术，高清图像重建，三维模型自由编辑，机电控制，材料科学与化学等技术交叉结合的产物[4]。

钛合金等离子3D打印技术目前属于较前沿的快速原型技术[5]。针对钛合金在等离子堆焊的应用，很多的研究所和高校都进行过类似的研究，对等离子焊接工艺、焊接原材料以及焊接缺陷的分析等问题都进行研究。

1.2 TC4钛合金的基本性能和焊接性

1.2.1 钛合金的基本性能

钛在各个行业中具有重要的作用，尤其是在主要在航天航空，船舶行业，医疗行业，体育器械，化工与能源。单质钛具有一般金属的外观性质，它的表面具有明显的金属光泽。然而，纯钛在一些研究其特殊的性能的应用较多，但在实际应用中较少。相比之下，钛合金因为有着比纯钛更加出色的性能，不仅在宏观组织和微观组织上有这较为明显的区别，还在硬度、抗拉强度等性能上更加优异。因此，钛合金在各个领域的应用很繁多。钛合金可以按照一定的标准来划分，如按照相的组成的数量多少，可分为单相钛合金和双相钛合金。单相钛合金可分为ɑ钛合金和β钛合金，一般用TA、TB来表示。双相钛合金主要是ɑ＋β钛合金，可用TC来表示。

ɑ钛合金中稳定ɑ相的元素较多，其中以Al元素最为突出，它是使ɑ相稳定的元素之一。Al元素主要在钛合金中，通常是以固溶体的形式存在的。因此，Al元素在钛合金中主要起固溶作用。ɑ钛合金尽管有着不错的性能，但是存在一个缺点，就是由于自身的加工性能在三种钛合金最差的，同时，由于是单相钛合金，不能采用热处理的方式改变其加工性能。这也在一定的程度上限制了ɑ钛合金的使用。

β钛合金的退火组织主要是由β相组成的，具有优良的加工性能和加工硬化性能。它一般用于常温或者低温下。这是因为β钛合金高温稳定性差，且焊接性也在下降。尽管β钛合金可以在一定的范围内可以添加一些物质而使其自身性能得到提高。但是，这些物质的制取成本较高，这也成为限制β钛合金的使用。 钛合金等离子3D打印工艺研究(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205368.html