中國科學院寧波材料所激光極端制造研究中心李琳研究員和楊濤研究員團隊在《Journal of Materials Research and Technology》期刊針對鈦合金厚板焊接連載三篇論文，分別從塑性演變機制、匙孔效應、腐蝕疲勞抗裂性三個角度揭示了厚板鈦合金焊接接頭的微觀結(jié)構與宏觀力學性能的內(nèi)在關聯(lián)，共同指向“通過微觀結(jié)構精準調(diào)控提升深海設備焊接接頭可靠性”的核心目標。其成果不僅為厚板Ti-6Al-4V焊接接頭的工藝優(yōu)化提供了理論支撐，更為深?？碧皆O備等海洋工程裝備的設計安全性奠定基礎。

第一篇：

文章揭示了Ti-6Al-4V厚板激光-電弧復合焊接接頭的微觀結(jié)構和晶界演變行為。發(fā)現(xiàn)大尺寸板條馬氏體與密集纏結(jié)位錯及位錯交互作用在多層焊接晶界的交互作用，顯著提升了厚Ti-6Al-4V焊接接頭中塑性分布的不均勻性，焊縫組織的圓柱形織構使得施密特因子高于0.3的軟取向晶粒比例顯著增加，低角度晶界比例的增加進一步促進了幾何必要位錯高密度分布。增強的圓柱形織構與高密度GNDs協(xié)同作用，有效提高了晶粒的局部變形能力，從而整體增強了焊接接頭的塑性性能。

厚板Ti-6Al-4V焊接接頭微觀結(jié)構和性能：(a) 接頭橫截面形態(tài)；(b) 焊接區(qū)域的金相結(jié)構；(c)掃描電鏡形態(tài)；(d) X射線衍射相位；(e) 不同焊接區(qū)域的拉伸強度和延伸率。

焊縫微觀結(jié)構演變和馬氏體片尺寸變化：(a) TPWB中的演變；(b) BPWB中的演變；(c) TPWB中的馬氏體片尺寸；(d) BPWB中的馬氏體片尺寸。

不同焊接區(qū)域的EBSD測試結(jié)果：(a) 焊接晶粒的三維生長方向；(b) 不同焊接區(qū)域的拉伸性能；(c)–(f) TPWB、MPWB、BPWB和SPWB的晶粒取向；(g)–(j) TPWB、MPWB、BPWB和SPWB的極坐標圖。

不同焊接接頭中的晶粒邊界分布和平均錯位：(a) 晶界分布；(b) 晶界統(tǒng)計；(c) 幾何必要位錯密度；(d) 幾何必要位錯密度統(tǒng)計。

第二篇：

文章研究分析了激光與電弧雙熱源耦合工藝對厚板鈦合金焊接接頭塑性的影響及其與“匙孔效應”相關的塑性增強機制，受焊接過程中快速冷卻速率的調(diào)控，“匙孔效應”顯著降低了焊縫區(qū)β相與α′相的結(jié)構強度，分別為65.8%和70.3%，相較于未受影響的區(qū)域，該區(qū)域的延展性提升了約20%；此外，“匙孔效應”區(qū)域促進了細小α′相的析出，增加了小角度晶界的數(shù)量，并有利于激活滑移系{1011}?1120?，改善晶粒的變形協(xié)調(diào)能力，有效提升了焊接接頭的整體塑性性能。

復合焊接接頭熔合區(qū)的焊縫形狀和微觀結(jié)構：(a) 焊縫熔池示意圖；(b) 焊縫；(c) 激光電弧復合區(qū)的微觀結(jié)構；(d) 激光區(qū)的微觀結(jié)構。

激光-電弧混合焊接接頭SEM和TEM： (a-b)激光電弧區(qū)；(c-d) 激光區(qū)。

原始β晶粒中典型12種α′變體的分布和面積分數(shù)：(a) 激光電弧區(qū)中的原始β晶粒；(b) 激光區(qū)中的原始β晶粒；(c-d) 晶粒α生長的示意圖。

不同焊接區(qū)域的拉伸性能和微觀晶體學特性：(a) 拉伸性能；(b-c) 激光電弧區(qū)晶體學特征；(d-e) 激光區(qū)晶體學特征。

α′相的<11-20>方向的Schmid因子圖和分布： (a-c) 激光電弧區(qū)；(d-f) 激光區(qū)。

第三篇：

研究通過調(diào)控動態(tài)微觀結(jié)構演變過程來增強60毫米厚板鈦合金接頭的晶粒自身塑性和晶間變形協(xié)調(diào)性，延緩腐蝕疲勞裂紋的擴展。發(fā)現(xiàn)在焊縫底層處，由細晶強化和網(wǎng)絡位錯分布的作用，增加了塑性變形功。同時，焊縫打底層中最大施密特因子對應的幾何兼容因子高于0.5的比例達到32.8%，表明該區(qū)域晶粒間具有較好的變形協(xié)調(diào)性。這種協(xié)同作用降低了裂紋尖端的應力，并促進了塑性應變的更均勻分布，減緩了腐蝕疲勞裂紋的擴展。

焊縫不同區(qū)域的EBSD圖：(a, d)打底層；(b, e)蓋面層；(d, f)填充層。

DVS與熱輸入關系：(a) 熱輸入與變體選擇之間的關系機制；(b) 在多個熱周期下變體選擇的示意圖。

沿厚度方向焊接接頭腐蝕疲勞裂紋擴展行為：(a和d) BL裂紋形貌；(b和e) CL裂紋形貌；(c和f) FL裂紋形貌；(g) 焊接接頭各區(qū)域腐蝕FCGR與應力強度因子的關系；(h) FCGR與高SF m’晶界比例的關系。

裂紋尖端GND分布，及疲勞裂紋的平均幾何位錯密度分布：(a和d)底層，(b和e)蓋面層，(c和f)填充層。

論文鏈接

第一篇：Micro-crystallographically revealing the plasticity-evolved behaviors of thick Ti–6Al–4V laser-arc hybrid welded joint   https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.007

第二篇：Effect of keyhole on plasticity-evolved behaviors of thick Ti–6Al–4V laser-arc hybrid welded joint   https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.11.106

第三篇：Corrosion fatigue crack delayed mechanism of 60 mm Ti alloy welded joints based on the plastic and deformation coordination   https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.06.232

通訊作者：

楊濤，中國科學院寧波材料所研究員、博士生導師。主要從事激光工藝及過程理論、異種金屬激光焊接機制、跨尺度結(jié)構激光焊接和極端環(huán)境服役評價等方面的研究。發(fā)表論文50余篇，其中第一作者（或通訊作者）發(fā)表SCI論文30篇，EI論文6篇，申報發(fā)明專利30余項，其中授權發(fā)明專利28項，軟件著作權3項（含第一發(fā)明人22項）。主持中國科學院先導C類項目1項，國家科技支撐計劃課題1項，國家重點研發(fā)計劃子課題2項，國家自然基金2項，中國科學院引進人才擇優(yōu)項目1項，省級重大專項1項，省級科技支撐計劃1項，省級重點研發(fā)項目2項，市級“揭榜掛帥”項目1項，企業(yè)橫向10余項，累計主持科研經(jīng)費5457萬，相關技術在各行業(yè)領域進行了應用和驗證。獲得省級科技進步一等獎1項，省級教學成果二等獎1項。

于江，中國科學院寧波材料所激光極端制造中心博士后，研究方向為異種金屬激光智能連接，擔任中國科學院先導C項目子課題負責人，主持國防軍工類項目1項、寧波市“科創(chuàng)甬江2035”重點研發(fā)計劃課題1項。以第一/通訊作者身份發(fā)表SCI論文15篇(中科院一區(qū)Top 9篇、2篇被焊接權威期刊“Welding Journal”連載發(fā)表)、EI論文5篇，授權發(fā)明專利9項，被評為2024全國“焊材新星”閃耀之星，獲第十屆中國技術市場協(xié)會金橋獎二等獎(2/10)、第七屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎(2/15)等40余項，被評為黑龍江省優(yōu)秀畢業(yè)生、哈工大優(yōu)秀畢業(yè)生、哈工大優(yōu)秀學生等省/校級榮譽11項。