钛合金和异种金属的焊接研究现状.docx

钛合金和异种金属的焊接研究现状 组织进行了分析，在焊接界面处的钢侧和钛侧母材内都含有高密度位错，其中，钢侧面出现了等轴细晶及变形拉长的晶粒区。结合区内可以视察到相互熔合的复合界面，说明爆炸产生的高能量使界面金属熔化，液体金属的喷射与急冷使结合区内出现微晶、微孪晶及钛的亚稳相。Yongqiang Deng等17用纯Ag作为填充材料对工业纯钛和304不锈钢进行压力扩散焊，试验表明Ag可以有效地抑制脆性金属间化合物Ti-Fe的形成，而Ag形成的金属间化合物承载实力较强，从而提高焊接接头的强度。 3 钛合金和铜的焊接 铜合金作为良好的导电导热材料在航空航天、化工、造船、能源等领域被广泛应用。将钛合金和铜合金焊接形成复合结构材料具有广袤的应用前景。目前为止，已经有不少的人探讨过钛合金/铜异种金属的连接或焊接 18-20。 Lee等21运用锆基钎料进行Ti-Cu异种金属的钎焊，探讨发觉，随着钎焊时间的增加，钎料中的Zr和母材中的Ti、Cu发生反应，从而导致接头部分敏感区域由富钛相向富铜相转变。而且随着钎焊时间的改变，接头中金属间化合物的形成基本上分为三个阶段焊缝界面区Ti2Cu金属间化合物的形成；Ti2Cu/TiCu在和Cu2TiZr两相结构金属间化合物的形成；向富铜相金属间化合物的转变，并且发觉当接头由Ti2Cu/TiCu + Cu2TiZr相组成时，接头可以获得最大抗拉强度。Nizamettin等22利用爆炸焊进行Ti-6Al-4V板材和紫铜板材的连接，探讨了不同量爆炸材料的运用对结合界面的影响。抗剪切试验发觉接头断裂位置位于铜板一侧，而不是焊缝结合面处。随着爆炸材料配比的增加，界面处晶粒细化特别明显。另外，在焊缝结合面处没有发觉金属间化合物的生成。Meshram 等23对工业纯钛和紫铜进行了摩擦焊接探讨，他们发觉焊接时间过长将会导致较厚金属间化合物中间层的形成，从而导致接头强度降低。赵熹华等24探讨了钛合金和铜合金的扩散焊接，并对接头接合区形貌进行了分析探讨，试验结果表明，采纳Ni、Ni/Cu复合层作为中间层时，钛合金一侧的镍扩散速度慢，并且扩散不充分，导致接头存在宏观裂纹，接头强度较低。当采纳Cu作为中间层时，接头裂纹缺陷消逝，强度增高。张凯锋等25采纳Cu箔作为中间层进行TB2钛合金的扩散焊，探讨发觉，在所选的扩散工艺参数下，扩散接头生成 Cu3Ti2、CuTi、CuTi3金属间化合物，对接头力学性能产生严峻负面影响。 4 钛合金和镁合金的焊接 镁合金因具有比强度和比刚度高、地磁屏蔽性能和阻尼性能好等优点而被广泛的应用于航空航天、汽车工业和电子產品等领域中。将钛合金和镁合金进行异种金属焊接，可以有效改善镁合金高温力学性能和耐腐蚀性能差的缺点，解决镁合金性能短板，结合钛合金和镁合金的性能优势，提高其应用范围。目前钛合金和镁合金之间主要存在着扩散焊、爆炸焊、电阻焊和搅拌摩擦焊等焊接方法26-28。 Watanabe等29对ZK60镁合金和钛合金板材进行搅拌摩擦焊，重点探讨其界面扩散区的微观组织和接头的力学性能，并与纯镁-钛的搅拌摩擦焊接头进行对比。探讨显示可以通过搅拌摩擦焊的方法来实现ZK60镁合金与钛合金板材之间的冶金连接。拉伸试验发觉断裂面主要发生在接头界面部分的ZK60镁合金与搅拌区之间。此外，ZK60镁合金中的锌、锆等合金元素在搅拌摩擦焊过程中与钛在接头界面处发生反应形成一很薄的反应层，由于纯镁和钛合金接头界面处没有形成反应层，使得ZK60镁合金与钛合金接头的抗拉强度要高于纯镁和钛合金接头。 熊江涛等30以50m厚的纯Al作为过渡金属对AZ31B镁合金/Ti-6A1-4V异种金属间进行了扩散焊试验。探讨发觉若保温时间限制在3h，焊接温度是变更接头微观组织、界面新生相与连接强度的重点影响因子。若焊接温度比450小，则在Mg/Al接触层没有共晶组织形成，不能完成镁合金和钛合金之间有效结合；若焊接温度在450到480，则焊接温度成为Mg/Al/Ti接触层的主要限制因素，主要对连接界面处反应产物的组织形貌与结构产生波动改变。若焊接温度达到473，保温时间达到3h，则连接界面剪切强度最高，是73.4MPa，达到了AZ31B母材的84.2%。 5 问题和建议 由于钛合金和异种金属的热导率和线膨胀系数存在较大差异，在焊接过程中简单形成脆性的金属间化合物，导致焊接接头强度变差。因此在焊接过程中加入适当的中间过渡金属、选择合适的焊接工艺和焊接方法对改善焊接接头的微观组织和力学性能是非常必要的。 参考文献 1曲文卿，董 峰，齐志刚，等.异种材料的先进连接技术J.航空制造技术，2022：16-21. 2谢成木. 钛及钛合金铸造M.北京：机械工业出版社，2004：20-26. 3Vaidya W， Horstmann M， Ventzke V， et al. Improving interfacial properties of a laser beam welded dissimilar joint of aluminum AA6056 and titanium Ti6Al4V for aeronautical applicationsJ. Journal of Materials Science Letters， 2022， 45： 242-254. 4Zhao P.F.， Kang H. Study on vacuum brazing of dissimilar alloys of Al/TiJ. Journal of Materials Engineering， 2001， 4： 25-28. 5李亚江，S.A. Gerasimov. Ti/Al异种材料真空扩散焊及界面结构探讨.材料科学与工艺，2022，：206-210. 6白建红，傅莉等.钛合金/纯铝异种金属摩擦焊接工艺.焊接学报，2022，27：50-53. 7姚为，吴爱萍，邹贵生，等.LF6/TA2扩散焊接接头组织结构及性能J.焊接学报，2022，22：89-93. 8张振华，沈以赴，冯晓梅，等.钛合金与铝合金复合接头的搅拌摩擦焊J.焊接学报，2022，37：28-32. 9王亚荣，滕文华，余洋，等.铝/钛异种金属的电子束熔钎焊J.机械工程学报，2022，48：88-92. 10Shuhai Chen， Mingxin Zhang， Jihua Huang， et al. Microstructures and mechanical property of laser butt welding of titanium alloy to stainless steel J. Materials and Design， 2022， 53： 504-511. 11祁凯，于治水，李瑞峰.1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ti6A14V钛合金真空钎焊工艺探讨J.热加工工艺，2022，40：162-164. 12周荣林，郭德伦，张银根.相变扩散连接工艺参数对钛与不锈钢接头强度的影响J.中国有色金属学报，2002，12：663- 667. 13王廷，张秉刚，陈国庆等.钛/钢异种金属焊接存在问题及探讨现状J.焊接，2022：29-33. 14Ting Wang， Binggang Zhang， Guoqing Chen， Jicai Feng. High strength electron beam welded titaniumstainless steel joint with V/Cu based composite filler metals J. Vacuum， 2022， 94 ： 41-47. 15Taeshin CHUNG， Jungsoo KIM， Jeongseok BANG， Byoungho RHEE， Daegeun NAM. Microstructures of brazing zone between titanium alloy and stainless steel using various filler metals J. Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2022， 22： 639-644. 16李炎，吴逸贵，张芳松，徐国照.钛/20G钢爆炸焊接复合界面分析J.材料开发与应用，11013，：28-33. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页