不同中间层对钛-钢激光焊接焊缝组织与性能的影响

摘要

钛合金与不锈钢的焊接结构是广泛应用于航空航天、海洋领域、电力工业中的一种重要结构，但是钛合金与不锈钢的焊接属于异种金属焊接范畴，二者物理性能及化学性质的差异导致焊接过程中会出现诸多问题，其中最大的困难在于如何避免二者形成脆硬的Ti-Fe金属间化合物。本文采用纯钛与304不锈钢作为焊接基体，首先研究了纯钛与不锈钢同种材料的焊接，探究合适的工艺参数，然后进行不加中间层的异种金属直接焊接，研究激光偏移量对焊缝成型的影响，发现激光焦点偏向于不锈钢侧0.5mm左右焊缝成型较好。
　　接着进行了添加中间层的异种金属焊接，主要研究钒中间层、铜中间层、铜钒复合层对焊缝组织与性能的影响。当采用0.5mm V作为中间层时，由于钒与钛和铁的相容性均较好，钒中间层难以阻止Ti元素与Fe元素接触。焊缝中形成了较多的Ti-Fe金属间化合物，焊缝硬度最高值达到了946.5HV，极大地削弱了焊缝的韧性，在较小的应力下即发生开裂。采用铜中间层能获得较好接头，0.3mm Cu难以阻止Ti与Fe接触，焊缝中形成了Ti-Fe、Ti-Cu金属间化合物，强度仅为101.4 MPa;采用0.5mm Cu和0.7mm Cu作为中间层时，焊缝中形成了铜基固溶体，脆性相分散在固溶体中，可以有效的降低对焊缝的削弱。激光焦点位于不锈钢与铜片界面处时可以减少钛的熔化量，获得的接头强度较高，最高达192.4 MPa。
　　当采用铜钒复合层形成Fe-Cu-V-Ti接头时，复合层能有效阻止Ti元素与Fe元素接触。采用单光束时焊缝中形成了铜基固溶体和钒基固溶体，Ti-Fe、Ti-Cu金属间化合物分散在固溶体中，接头强度为142.4 MPa。采用双光束焊接时形成了两道焊缝，第二道光束对第一道光束形成的焊缝进行了部分重熔。当第一道光束焦点位于钒-钛界面，第二道光束位于铜-钢界面时，获得接头强度达到201.9 MPa，采用相反的顺序获得的接头强度为189.1 MPa，断裂位置均位于钒钛界面处。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 钛合金与不锈钢焊接中存在的问题

1．2．1 物理性能差异带来的问题

1．2．2 化学性能差异带来的问题

1．3 钛合金与不锈钢异种金属焊接的研究现状

1．3．1 熔化焊

1．3．2 钎焊

1．3．3 压力焊

1．4 本文的主要研究内容

2 试验设备、材料与方法

2．1 焊接试验设备

2．2 焊接材料及处理

2．3 试样制备与分析

2．3．1 金相试样的制备

2．3．2 金相试样的观察

2．3．3 显微硬度测试

2．3．4 拉伸试验

3 钒作为中间层的钛-钢激光焊接试验研究

3．1 纯钛与不锈钢同种材料激光焊接研究

3．1．1 工业纯钛TA2同种材料激光焊接

3．1．2 304不锈钢同种材料激光焊接

3．2 不加中间层的纯钛-不锈钢激光焊接研究

3．2．1 试样宏观形貌分析

3．2．2 试样断口分析

3．2．3 硬度测试

3．3 采用钒作为中间层的纯钛-不锈钢激光焊接

3．3．1 焊接试样宏观分析

3．3．2 焊缝微观形貌分析

3．3．3 硬度测试

3．4 本章小结

4 铜作为中间层的钛-钢激光焊接试验研究

4．1 焊接试样宏观分析

4．2 焊缝微观形貌分析

4．2．1 0．3mm Cu作为中间层

4．2．2 0．5mm Cu作为中间层

4．2．3 0．7mm Cu作为中间层

4．3 硬度测试

4．4 拉伸试验结果分析

4．5 本章小结

5 铜-钒复合层作为中间层的钛-钢激光焊接试验研究

5．1 焊接试样宏观分析

5．2 焊缝微观形貌分析

5．2．1 Fe-V-Cu-Ti接头激光单道焊

5．2．2 Fe-Cu-V-Ti接头激光单道焊

5．2．3 Fe-Cu-V-Ti接头激光双道焊

5．3 硬度测试

5．4 拉伸试验结果分析

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况