Ti-Al異種合金TIG電弧熔釬焊工藝及界面特征研究.pdf

1、鈦和鋁在冶金學(xué)上不相容,容易反應(yīng)生成脆性的金屬間化合物,使得 Ti/Al復(fù)合構(gòu)件的連接一直是焊接工作者的研究熱點(diǎn)。電弧熔釬焊具有設(shè)備成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢,逐漸引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而,焊絲在電弧加熱的鈦表面鋪展困難,容易生成大量金屬間化合物,限制了該項(xiàng)技術(shù)在Ti/Al復(fù)合構(gòu)件連接方面的研究與應(yīng)用。因此,明確電弧條件下鈦表面焊絲鋪展特性和界面反應(yīng)層的生長規(guī)律是獲得高強(qiáng)度Ti/Al熔釬焊接頭的關(guān)鍵。
　　本文開展了Ti/Al對(duì)接

2、接頭電弧熔釬焊技術(shù)的系統(tǒng)研究。首先,基于有限元溫度場分析與潤濕鋪展試驗(yàn)研究,明確了Ti/Al接頭的溫度分布特征和液態(tài)焊絲的鋪展規(guī)律,在此基礎(chǔ)上開發(fā)了匙孔型電弧熔釬焊技術(shù)。通過調(diào)控焊接熱輸入、加熱位置、焊絲類型獲得了良好的熔釬焊接頭焊縫成形。然后,觀察了熔釬焊接頭的微觀組織,通過拉伸試驗(yàn)測試接頭強(qiáng)度,結(jié)合微觀組織與斷裂特征分析,明確了接頭的破壞機(jī)制和影響因素。最后,采用熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)與試驗(yàn)分析相結(jié)合的方式,重點(diǎn)研究Ti/Al電弧釬焊界面金

3、屬間化合物層的生長規(guī)律。
　　研究表明:通過控制焊接速度和送絲方式,液態(tài)焊絲在接頭坡口內(nèi)部充分鋪展,熔池可經(jīng)歷“橢球型→缺口型→匙孔型→橢球型”的動(dòng)態(tài)循環(huán)過程。液態(tài)焊絲在接頭反面、坡口內(nèi)部和接頭正面充分鋪展,最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)接接頭的單面焊雙面成形。純鋁接頭界面反應(yīng)層呈鋸齒狀分布,厚度為4-6μm。釬焊界面結(jié)構(gòu)為Ti(Al)+Ti3Al+TiAl3,反應(yīng)層在厚度方向均勻分布。Al-Cu-La焊絲填充時(shí)形成了Ti2Al20La新相,接頭強(qiáng)

4、度高達(dá)270MPa,達(dá)到LF6鋁母材的85％以上。界面反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)特征研究表明:TiAl3為優(yōu)先生成相,加熱階段界面前沿的Ti濃度難以達(dá)到飽和,只有冷卻階段才結(jié)晶析出。界面反應(yīng)層生長過程主要包括液態(tài)焊絲鋪展吸附、元素不均勻擴(kuò)散、固相轉(zhuǎn)變生成Ti3Al相和TiAl3相形核長大四個(gè)階段。隨著焊接熱輸入增大,界面反應(yīng)層的厚度與形貌變化顯著。La、Zr和B元素均促進(jìn)了TiAl3相的形核,從而形成了靠鈦側(cè)松散的TiAl3反應(yīng)層。La元素使