小孔效应TIG(Keyhole Tungsten Inert Gas,K-TIG)焊是在传统TIG焊的基础上通过大电流使电弧穿透整个工件,实现小孔效应焊接。对于中厚金属板材,它能在不开坡口的条件下一道焊透,单面焊双面成形。K-TIG焊接过程中,小孔动态行为对焊接接头质量的影响较大,但目前K-TIG焊接小孔动态行为的相关研究较为匮乏。双相不锈钢和钛合金在海洋工程领域中有很大的应用前景,如极地凝析油船的船体建造中使用了大量的双相不锈钢和钛合金材料。因此,本研究采用被动视觉传感系统来获取被焊工件背面的小孔出口的图像,分析了小孔出口的特征参数随焊接参数演变的规律;并分别采用S32101双相不锈钢和TC4钛合金进行K-TIG焊接试验,建立了焊接接头性能与微观组织演变之间的关系。本研究在保证气体流量、钨针尖端到被焊工件表面之间的距离(CTWD)等焊接参数恒定的条件下,分别改变焊接速度和焊接电流来获取小孔出口的三个特征参数,即垂直于焊接方向的长度(YA)、沿焊接方向的长度(XA)和小孔出口的面积,发现了小孔出口特征参数的演变规律。结果表明,在一定的焊接参数条件下,随着焊接电流的增大或焊接速度的降低,小孔出口的YA、XA和面积的平均值都逐渐增大。其中小孔出口的面积对焊缝形貌的变化最敏感,当小孔出口的面积为零时(未形成贯穿工件的小孔时),焊缝未熔透并且出现孔洞,当小孔出口的面积过大时,熔池体积过度长大,焊缝表面塌陷。S32101双相不锈钢K-TIG平板焊接接头中,热影响区和焊缝金属区的显微硬度均大于母材,焊缝金属区的抗拉强度也大于母材,而焊缝金属区的伸长率和冲击吸收功均低于母材。焊接接头微观组织的分析结果表明,当Σ3重位点阵(CSL)晶界比例增大、铁素体和奥氏体的随机相界比例增加、奥氏体含量增大时,其对应的冲击韧性也会增强。此外,焊接接头中奥氏体的织构改变能够影响焊缝金属区的塑性。研究发现,在1.99 kJ/mm、2.14 kJ/mm、2.30 kJ/mm和2.46 kJ/mm等四种不同的热输入条件下,双相不锈钢K-TIG对接焊缝的形貌、焊接接头的显微组织、力学性能以及耐晶间腐蚀性能均发生显著变化。在相同热输入条件下,焊缝的耐晶间腐蚀性能优于热影响区。随着热输入增大,焊缝金属区的显微硬度、抗拉强度逐渐降低,而焊缝金属区的伸长率、冲击吸收功却逐渐增大,同时热影响区和焊缝金属区的耐晶间腐蚀性能逐渐增强。在相同热输入条件下,焊缝的耐晶间腐蚀性能优于热影响区。焊接接头的耐晶间腐蚀性能同时受Σ3 CSL晶界的比例和氮化铬析出量的影响。当焊接电流为510~550 A时,随着焊接电流的增加,TC4钛合金K-TIG焊缝金属区的伸长率、冲击吸收功逐渐增大,而抗拉强度逐渐降低。TC4钛合金焊接接头中,热影响区和焊缝金属区中的显微组织发生了显著变化。当TC4钛合金K-TIG对接焊接接头热影响区和焊缝金属区中α相的大角度晶界(HAGB)比例增加时,Σ9 CSL晶界的比例也增大;HAGB的比例对TC4钛合金的K-TIG对接焊缝金属区的冲击韧性存在一定的影响,HAGB比例越高,其对应的冲击韧性就越好。