預鍍層鈦合金與鋁合金電弧熔釬焊工藝及界面特征研究.pdf

1、鈦、鋁存在冶金學上不相容,焊接時易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物,降低接頭的性能。如何簡單并高質(zhì)量的連接Ti/Al復合構(gòu)件一直是焊接領(lǐng)域的研究熱點。電弧熔釬焊具有應(yīng)用范圍廣,設(shè)備成本低等優(yōu)勢,逐漸引起了學者的廣泛關(guān)注。然而,鋁合金焊絲在電弧加熱的鈦表面難于鋪展,界面生成大量金屬間化合物,限制了該項技術(shù)在Ti/Al復合構(gòu)件連接方面的研究與應(yīng)用。因此,提出了預鍍層鈦合金與鋁合金電弧熔釬焊方法,通過在鈦板表面浸鍍鋁合金,增加焊絲在鈦板表面的鋪展能

2、力,提高焊接速度,并控制界面反應(yīng)層的生長,獲得了高強度的Ti/Al異種材料連接接頭。
　　本文開展了預鍍層鈦合金與鋁合金電弧熔釬焊的系統(tǒng)研究。首先,通過熱浸鍍的方法在鈦板表面浸鍍了一層鋁合金,明確了鍍層和鈦合金基體之間的結(jié)合方式及界面結(jié)構(gòu)特征,采用熱力學分析的方法確定了界面反應(yīng)層形成規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了預鍍層條件下的Ti/Al電弧熔釬焊技術(shù),通過控制電弧加熱位置、焊接熱輸入、焊絲種類獲得了完整的熔釬焊接頭,總結(jié)了鍍層條件下熔釬

3、焊接頭的快速成形過程。然后,對接頭顯微組織的觀察,明確了浸鍍對界面反應(yīng)層生長的影響及金屬間化合物的生長規(guī)律。最后,通過硬度、拉伸試驗評價了接頭的力學性能,明確了接頭的斷裂機制和影響因素。
　　研究結(jié)果表明:配合釬劑的使用,實現(xiàn)了鋁合金鍍液在鈦板表面的鋪展過程,鍍液對鈦板經(jīng)歷了“不潤濕→根部起潤→潤濕上延→完全潤濕”過程,表面形成了均勻穩(wěn)定、約30μm厚的鍍層。鍍層與鈦基體間屬于冶金連接,界面反應(yīng)層主要是TiAl3。750℃下的短時

4、浸鍍,界面反應(yīng)層厚度在1μm以下。鍍層在焊接工藝方面引導焊絲流動,促進接頭快速成形,焊接速度較無鍍層條件下提高一倍以上,最快速度接近4.0mm/s。鍍層在界面形貌控制方面,浸鍍反應(yīng)層阻礙Ti元素向液態(tài)鋁合金中擴散,控制界面反應(yīng)層的生長,純鋁熔釬焊接頭界面反應(yīng)層厚度控制在2μm以下,且反應(yīng)層沿界面的分布也更加均勻。由于熱輸入量的差異,界面反應(yīng)層厚度隨著焊接速度的增加而減小。同時,當焊絲中含有Si元素時,界面形成Ti(Al,Si)3,限制原