Ti60钛合金与GH3128镍基合金电子束焊接接头组织与性能研究

摘要

本文对异种难焊材料Ti60钛合金与GH3128镍基合金进行了电子束焊接，分析了两者直接焊存在的主要问题，研究了添加单一组元Cu或V作为填充层和复合元素CuCr合金、Cu2V合金作为填充层对焊缝组织和力学性能的影响，并通过改进将Cu/V作为梯度填充层进行了钛合金与镍基合金的电子束焊接。采用了光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备对接头组织进行了分析；通过拉伸强度试验和显微硬度试验对接头力学性能进行了评定。
　　钛合金与镍基合金的直接电子束焊接试验表明，钛/镍接头在焊后随即开裂，在焊缝内生成大量的TiNi、Ti2Ni脆性金属间化合物，使接头显微硬度达到了900HV，限制了接头的有效连接。采用Cu组元作为填充层进行的钛/镍焊接接头，实现了两者的有效连接，焊缝组织由固溶体+化合物组成，固溶体的存在提高了焊缝的塑性，有助于缓解内应力。焊接束流和速度通过影响母材的熔化量，来影响界面化合物层的厚度，控制接头的力学性能。添加铜填充层的焊缝接头抗拉强度可达到228MPa，拉伸断裂在近钛侧。添加V组元的钛/镍焊缝接头由钛基固溶体、钒基固溶体和Ni3V、NiV3金属间化合物组成，化合物层的存在限制了接头性能的提高，使抗拉强度最高仅为163MPa，在近镍侧的显微硬度最高为924HV，极大增加了焊缝的脆性，降低了接头力学性能。
　　基于添加单一元素作为填充层的试验，进行了添加CuCr合金和Cu2V合金作为填充层的钛/镍电子束焊接。添加CuCr合金并通过在镍基合金与填充层界面处下束的方式，获得了以镍基固溶体+铜基固溶体+铬基固溶体+Ti2Cu/α-Ti的组织形式的接头，使抗拉强度提高到264MPa。添加Cu2V合金的钛/镍焊接接头，由于在焊缝中存在较多的Ti-Ni-Cu三元相，导致接头的力学性能较差，抗拉强度仅为173MPa。
　　为进一步提高钛/镍电子束焊接接头性能，在母材中间添加了Cu/V梯度填充层进行了焊接，利用铜不与镍形成化合物，钒不与铜形成化合物，钛不与钒形成化合物的特点，实现了焊缝组织为Ti60/(Ti,V)+V(s,s)+TiCu/V(s,s)+Cu(s,s)/N i(s,s)/GH3128的结构形式。结合对焊接道数和焊接顺序的调整，获得了较好的焊接接头，抗拉强度为392MPa，达到了镍基合金母材的47％。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 钛与镍的焊接性分析

1.3 钛合金与镍基及铁基合金国内外焊接研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备、工艺及方法

2.3 焊接接头的分析测试方法

第3章 钛合金/镍基合金电子束焊接性及填充层基体组元的优选

3.1 Ti60/GH3128电子束焊接性研究

3.2 纯Cu填充层对钛/镍电子束焊接接头组织与性能的影响

3.3 纯V填充层对钛/镍电子束焊接接头组织与性能的影响

3.4 本章小结

第4章 合金元素对Ti/Cu/Ni电子束焊接接头组织与性能的影响

4.1 引言

4.2 Cr元素对Ti/Cu/Ni电子束焊接接头组织与性能的影响

4.3 V元素对Ti/Cu/Ni电子束焊接接头组织与性能的影响

4.4 本章小结

第5章 Cu/V梯度填充层对钛/镍电子束焊接接头组织与性能的优化

5.1 焊接能量输入方式的优化

5.2 Cu/V梯度填充层对钛/镍电子束焊接接头组织与性能的影响

5.3 焊接缺陷分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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