鈦合金和鋼等異種金屬的焊接問(wèn)題

鈦合金因具有比強(qiáng)度和熱導(dǎo)率高、耐腐蝕性和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用在航空航天、醫(yī)療器械等行業(yè)中。由于異種金屬連接的特殊性，常用方法有擴(kuò)散焊、攪拌摩擦焊、熔釬焊、激光焊、冷壓焊等特種連接技術(shù)。研究鈦合金和異種金屬的焊接是充分發(fā)揮鈦合金的優(yōu)異性能和擴(kuò)展其應(yīng)用范圍的有效途徑。

鈦合金/鋼異種焊接復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅具有鈦合金高的比強(qiáng)度和良好的抗腐蝕性能，還兼容了鋼材料應(yīng)用范圍廣、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。但由于鈦合金和鋼的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)的差異性太大，且互溶性又較差，焊接時(shí)容易生成脆硬性的Ti-Fe金屬間化合物，致使鈦合金/鋼的異種焊接困難。為了解決這些問(wèn)題，研究者對(duì)有關(guān)鈦合金/鋼異種金屬的擴(kuò)散焊、釬焊、爆炸焊等焊接技術(shù)進(jìn)行了深入研究和分析。

Ti6Al2Zr2Mo2V鈦合金和304奧氏體不銹鋼進(jìn)行了電子束焊接，采用的填充材料為V/Cu基復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)表明單一的填料不能有效的抑制Ti Fe金屬間化合物的生成，只有兩種或者兩種以上的填料才能達(dá)到抑制效果。力航鈦業(yè)分別使用了Ti+Zr基40Ti-20Zr-20Cu-20Ni釬料、銀基Ag-6Pd釬料、鎳基 BNi2和BNi7釬料對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金和STS304不銹鋼進(jìn)行了釬焊實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明，Ni基填充材料中的Ni可以有效地起到穩(wěn)定元素的作用，從而降低β相的轉(zhuǎn)變溫度。對(duì)于Ag基填充材料來(lái)說(shuō)雖然加入其他材料可以提高焊接接頭的強(qiáng)度，但由于Ag和Ti的親和性較差不能有效地提高填充材料的擴(kuò)散。潤(rùn)濕角和進(jìn)入鋼側(cè)母材擴(kuò)散原子數(shù)BNi7≥BNi2>40>Ag-5Pd。對(duì)鈦與20鋼爆炸焊接結(jié)合區(qū)的顯微組織進(jìn)行了分析，在焊接界面處的鋼側(cè)和鈦側(cè)母材內(nèi)都含有高密度位錯(cuò)，其中，鋼側(cè)面出現(xiàn)了等軸細(xì)晶及變形拉長(zhǎng)的晶粒區(qū)。結(jié)合區(qū)內(nèi)可以觀察到相互熔合的復(fù)合界面，說(shuō)明爆炸產(chǎn)生的高能量使界面金屬熔化，液體金屬的噴射與急冷使結(jié)合區(qū)內(nèi)出現(xiàn)微晶、微孿晶及鈦的亞穩(wěn)相。用純Ag作為填充材料對(duì)工業(yè)純鈦和304不銹鋼進(jìn)行壓力擴(kuò)散焊，實(shí)驗(yàn)表明Ag可以有效地抑制脆性金屬間化合物Ti-Fe的形成，而Ag形成的金屬間化合物承載能力較強(qiáng)，從而提高焊接接頭的強(qiáng)度。

異種金屬焊接是指將兩種不同種類和性能的金屬材料通過(guò)特定的焊接工藝連接在一起并形成具有完整性和預(yù)期使用性能的結(jié)構(gòu)件。鈦合金和異種金屬的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)存在較大差異，在焊接過(guò)程中容易形成脆性的金屬間化合物，導(dǎo)致焊接接頭強(qiáng)度變差。因此在焊接過(guò)程中加入適當(dāng)?shù)闹虚g過(guò)渡金屬、選擇合適的焊接工藝和焊接方法對(duì)改善焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能是十分必要的。