鈦-銅異種金屬冷金屬過渡技術(shù)及接頭腐蝕行為.pdf

1、鈦及鈦合金具有較低的密度，很高的強度，良好的塑性和韌性，良好的疲勞性能，足夠的抗腐蝕性和高溫強度，優(yōu)異的生物相容性，最突出的特點是比強度高，是一種優(yōu)良的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。銅及銅合金具有優(yōu)良的導電、導熱性能，良好的冷、熱加工性能，高的抗氧化性以及抗淡水、鹽水、氨堿溶液和有機化學物質(zhì)腐蝕的性能，有些銅合金還具有較高的強度。鈦及鈦合金和銅及銅合金異種金屬的優(yōu)質(zhì)連接，不僅滿足一些特殊結(jié)構(gòu)部件的減重和功能要求，還可以充分發(fā)揮鈦及鈦合金和銅及銅合金材料

2、的性能優(yōu)勢，收到“各得其所”的效果。如既能滿足質(zhì)量輕強度高的要求，又能滿足導電導熱性、耐蝕耐磨性的要求，必將在航空航天、儀器儀表、造船、化工等領(lǐng)域擁有廣闊的應用前景。
　　冷金屬過渡焊接技術(shù)是一種將送絲速度與熔滴過渡過程進行數(shù)字化協(xié)調(diào)的電弧焊方法。冷金屬過渡焊接技術(shù)獨特的能量傳遞和轉(zhuǎn)換機制賦予其有別于其它焊接熱源的許多特點，在異種材料的焊接領(lǐng)域中具有獨特的優(yōu)勢。因此，開展鈦及鈦合金與銅及銅合金異種金屬的冷金屬過渡焊接技術(shù)研究，觀察

3、焊接過程電弧的穩(wěn)定性和焊縫表面成形，分析焊接接頭的宏觀和微觀組織結(jié)構(gòu)，闡明鈦/銅異種金屬的連接機理，探討工藝參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)和力學性能的相關(guān)性。最后研究分析鈦/銅異種金屬冷金屬過渡焊接接頭的腐蝕行為。
　　實驗結(jié)果表明:采用銅(T2)板在上鈦（TA2和TC4）板在下的搭接方式，送絲速度為4.5-5.0 m/min，焊絲偏向銅板一側(cè)1 mm，可以得到表面光滑、成形良好的焊接接頭。焊絲和銅板熔化形成銅側(cè)界面區(qū)，焊縫金屬潤濕鈦板，而鈦板保

4、持固態(tài)或微量熔化，形成鈦側(cè)界面區(qū)。焊接接頭的拉剪強度可達200 N/mm，且在銅母材側(cè)的熱影響區(qū)斷裂。采用鈦（TA2和TC4）板在上銅(T2)板在下的搭接方式，送絲速度為6.0-6.5 m/min，焊絲正對鈦板的邊沿，可以得到表面光滑、成形良好的焊接接頭。焊絲和銅板熔化形成銅側(cè)界面區(qū)，鈦板有一定量的熔化，焊縫金屬包圍在鈦板的周圍，形成三個鈦側(cè)界面區(qū)，增加了焊縫和鈦（TA2和TC4）板的連接面積，大大提高了焊接接頭的強度。焊接接頭的拉剪強

5、度可達190 N/mm，且在銅母材側(cè)的熱影響區(qū)斷裂。對于1 mm鈦(TA2和TC4)/1 mm銅(T2)1 mm對接焊，送絲速度為4.5-5.0 m/min，焊絲偏向銅板一側(cè)1-2 mm，可以得到表面光滑、成形良好的焊接接頭。焊絲和銅板熔化形成銅側(cè)界面區(qū)，焊縫金屬潤濕鈦板而鈦板保持固態(tài)或微量熔化形成三個鈦側(cè)界面區(qū)。焊接接頭的抗拉強度可達200MPa，且在銅母材側(cè)的熱影響區(qū)斷裂。對于3 mm鈦TA2/3 mm銅T2對接焊，坡口對接頭的力學

6、性能影響不大，合適的送絲速度可以得到表面光滑、成形良好的焊接接頭。焊接接頭的抗拉強度可達200MPa，且在銅母材側(cè)的熱影響區(qū)斷裂。焊絲和銅板熔化形成銅側(cè)界面區(qū)，焊縫金屬潤濕鈦板而鈦板保持固態(tài)或微量熔化形成鈦側(cè)界面區(qū)。鈦/銅異種金屬焊接接頭的銅側(cè)界面區(qū)基本相似，都是形成沿熔合線生長的柱狀晶。焊縫區(qū)都是銅基固溶體和黑色Ti-Cu-Al-Ni-Fe混合相，不同的是對于TC4而言，焊縫中含有少量的釩元素。鈦側(cè)界面區(qū)的金屬間化合物層都包含Ti2C

7、u、 TiCu、AlCu2Ti和銅基固溶體，只是金屬間化合物的厚度不同。而對于TC4而言，在靠近鈦TC4母材側(cè)有一定量的TiAl金屬間化合物。銅母材側(cè)熱影響區(qū)斷裂的原因是，在焊接電弧的作用下，銅母材側(cè)熱影響區(qū)的晶粒發(fā)生了回復再結(jié)晶，晶粒長大，使銅側(cè)熱影響區(qū)發(fā)生軟化，導致強度降低，最終而斷裂。鈦/銅異種金屬冷金屬過渡焊接接頭在10％ HCl溶液中腐蝕7天后，鈦側(cè)界面區(qū)出現(xiàn)腐蝕溝槽，腐蝕14天后自行斷裂。能譜分析結(jié)果表明，被腐蝕掉的是鈦側(cè)界