摘要：中国科学院宁波材料所激光极端制造研究中心李琳研究员和杨涛研究员团队在《Journal of Materials Research and Technology》期刊针对钛合金厚板焊接连载三篇论文，分别从塑性演变机制、匙孔效应、腐蚀疲劳抗裂性三个角度揭示了厚板钛

长三角G60激光联盟导读

中国科学院宁波材料所激光极端制造研究中心李琳研究员和杨涛研究员团队在《Journal of Materials Research and Technology》期刊针对钛合金厚板焊接连载三篇论文，分别从塑性演变机制、匙孔效应、腐蚀疲劳抗裂性三个角度揭示了厚板钛合金焊接接头的微观结构与宏观力学性能的内在关联，共同指向“通过微观结构精准调控提升深海设备焊接接头可靠性”的核心目标。其成果不仅为厚板Ti-6Al-4V焊接接头的工艺优化提供了理论支撑，更为深海勘探设备等海洋工程装备的设计安全性奠定基础。

第一篇：

文章揭示了Ti-6Al-4V厚板激光-电弧复合焊接接头的微观结构和晶界演变行为。发现大尺寸板条马氏体与密集缠结位错及位错交互作用在多层焊接晶界的交互作用，显著提升了厚Ti-6Al-4V焊接接头中塑性分布的不均匀性，焊缝组织的圆柱形织构使得施密特因子高于0.3的软取向晶粒比例显著增加，低角度晶界比例的增加进一步促进了几何必要位错高密度分布。增强的圆柱形织构与高密度GNDs协同作用，有效提高了晶粒的局部变形能力，从而整体增强了焊接接头的塑性性能。

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厚板Ti-6Al-4V焊接接头微观结构和性能：(a) 接头横截面形态；(b) 焊接区域的金相结构；(c)扫描电镜形态；(d) X射线衍射相位；(e) 不同焊接区域的拉伸强度和延伸率。

焊缝微观结构演变和马氏体片尺寸变化：(a) TPWB中的演变；(b) BPWB中的演变；(c) TPWB中的马氏体片尺寸；(d) BPWB中的马氏体片尺寸。

不同焊接区域的EBSD测试结果：(a) 焊接晶粒的三维生长方向；(b) 不同焊接区域的拉伸性能；(c)–(f) TPWB、MPWB、BPWB和SPWB的晶粒取向；(g)–(j) TPWB、MPWB、BPWB和SPWB的极坐标图。

不同焊接接头中的晶粒边界分布和平均错位：(a) 晶界分布；(b) 晶界统计；(c) 几何必要位错密度；(d) 几何必要位错密度统计。

第二篇：

文章研究分析了激光与电弧双热源耦合工艺对厚板钛合金焊接接头塑性的影响及其与“匙孔效应”相关的塑性增强机制，受焊接过程中快速冷却速率的调控，“匙孔效应”显著降低了焊缝区β相与α′相的结构强度，分别为65.8%和70.3%，相较于未受影响的区域，该区域的延展性提升了约20%；此外，“匙孔效应”区域促进了细小α′相的析出，增加了小角度晶界的数量，并有利于激活滑移系{1011}⟨1120⟩，改善晶粒的变形协调能力，有效提升了焊接接头的整体塑性性能。

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复合焊接接头熔合区的焊缝形状和微观结构：(a) 焊缝熔池示意图；(b) 焊缝；(c) 激光电弧复合区的微观结构；(d) 激光区的微观结构。

激光-电弧混合焊接接头SEM和TEM： (a-b)激光电弧区；(c-d) 激光区。

原始β晶粒中典型12种α′变体的分布和面积分数：(a) 激光电弧区中的原始β晶粒；(b) 激光区中的原始β晶粒；(c-d) 晶粒α生长的示意图。

不同焊接区域的拉伸性能和微观晶体学特性：(a) 拉伸性能；(b-c) 激光电弧区晶体学特征；(d-e) 激光区晶体学特征。

α′相的方向的Schmid因子图和分布： (a-c) 激光电弧区；(d-f) 激光区。

第三篇：

研究通过调控动态微观结构演变过程来增强60毫米厚板钛合金接头的晶粒自身塑性和晶间变形协调性，延缓腐蚀疲劳裂纹的扩展。发现在焊缝底层处，由细晶强化和网络位错分布的作用，增加了塑性变形功。同时，焊缝打底层中最大施密特因子对应的几何兼容因子高于0.5的比例达到32.8%，表明该区域晶粒间具有较好的变形协调性。这种协同作用降低了裂纹尖端的应力，并促进了塑性应变的更均匀分布，减缓了腐蚀疲劳裂纹的扩展。

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焊缝不同区域的EBSD图：(a, d)打底层；(b, e)盖面层；(d, f)填充层。

DVS与热输入关系：(a) 热输入与变体选择之间的关系机制；(b) 在多个热周期下变体选择的示意图。

沿厚度方向焊接接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为：(a和d) BL裂纹形貌；(b和e) CL裂纹形貌；(c和f) FL裂纹形貌；(g) 焊接接头各区域腐蚀FCGR与应力强度因子的关系；(h) FCGR与高SF m’晶界比例的关系。

裂纹尖端GND分布，及疲劳裂纹的平均几何位错密度分布：(a和d)底层，(b和e)盖面层，(c和f)填充层。

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

通讯作者：

杨涛，中国科学院宁波材料所研究员、博士生导师。主要从事激光工艺及过程理论、异种金属激光焊接机制、跨尺度结构激光焊接和极端环境服役评价等方面的研究。发表论文50余篇，其中第一作者（或通讯作者）发表SCI论文30篇，EI论文6篇，申报发明专利30余项，其中授权发明专利28项，软件著作权3项（含第一发明人22项）。主持中国科学院先导C类项目1项，国家科技支撑计划课题1项，国家重点研发计划子课题2项，国家自然基金2项，中国科学院引进人才择优项目1项，省级重大专项1项，省级科技支撑计划1项，省级重点研发项目2项，市级“揭榜挂帅”项目1项，企业横向10余项，累计主持科研经费5457万，相关技术在各行业领域进行了应用和验证。获得省级科技进步一等奖1项，省级教学成果二等奖1项。

于江，中国科学院宁波材料所激光极端制造中心博士后，研究方向为异种金属激光智能连接，担任中国科学院先导C项目子课题负责人，主持国防军工类项目1项、宁波市“科创甬江2035”重点研发计划课题1项。以第一/通讯作者身份发表SCI论文15篇(中科院一区Top 9篇、2篇被焊接权威期刊“Welding Journal”连载发表)、EI论文5篇，授权发明专利9项，被评为2024全国“焊材新星”闪耀之星，获第十届中国技术市场协会金桥奖二等奖(2/10)、第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖(2/15)等40余项，被评为黑龙江省优秀毕业生、哈工大优秀毕业生、哈工大优秀学生等省/校级荣誉11项。

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来源：江苏激光联盟