Ti/Al异种金属电阻点焊工艺及接头形成机理研究

摘要

本文以2mm厚 TC4钛合金和2A12铝合金为研究对象，采用了不同的焊接规范对 Ti/Al异种金属进行了电阻点焊工艺试验。在硬规范的基础上对点焊接头进行了随机热处理，结合理论计算揭示接头的形成机理；测试了 Ti/Al异种金属的最大拉剪力和硬度分布；采用光学显微镜（ O M）观察了接头的微观组织；采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（ EDS）对接头和断口的微观形貌、元素分布进行了分析；采用X射线衍射仪（XRD）测定了接头中生成新相的种类。
　　研究结果表明：电阻点焊能够实现2 mm厚 TC4钛合金和2A12铝合金的较好连接，接头为熔化的铝合金在界面处固态钛合金表面润湿铺展形成的熔-钎焊接头。Ti/Al界面反应层的厚度与接头的拉剪力具有一定的相关性，在试验范围内，焊点中心反应层厚度不大于2μm，接头拉剪力随着反应层厚度的增加而增加。硬规范条件下的无宏观缺陷点焊接头的拉剪力为6.59kN。软规范条件下的无宏观缺陷点焊接头的拉剪力为3.32 kN。从接头拉剪力的角度来说，硬规范参数更适合Ti/Al异种金属电阻点焊。
　　焊接参数对 Ti/Al焊点的表面质量影响不大，硬规范条件下的焊点表面质量略优于软规范条件下的焊点表面质量。接头在拉剪试验中均断裂在 Ti/Al结合面上，但并非沿界面反应层发生断裂，而是沿着近界面附近的铝合金内部发生断裂。软规范时，断口边缘区以韧性断裂为主，中心区以解理断裂为主。硬规范时，断口中间区域以韧性断裂为主，边缘和中心区域以解理断裂为主。
　　经随机热处理后的焊点表面质量下降。对显微组织的影响表现在两个方面：粗化焊核中的晶粒和细化热影响区的晶粒。经随机热处理的 Ti/Al点焊接头界面反应层厚度、断后伸长率和断裂吸收功均增加。界面的硬度值随着热处理时间的增加而提高。
　　Ti/Al异种金属电阻点焊界面的冶金反应产物为TiAl3。界面反应可以分为四个阶段，第一阶段为液态铝合金在固态钛合金表面的润湿铺展，第二阶段为固态钛合金向铝合金液态熔核中溶解及原子的互扩散，第三阶段为 Ti/Al界面反应层的产生及长大，第四阶段为界面反应层与两侧基体的固相扩散。

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第1章 绪 论

1.1选题依据、目的及意义

1.2 Ti/Al异种合金之间焊接的研究现状

1.3异种金属电阻点焊的研究

1.4 Ti/Al界面反应

1.5 Ti/Al异种金属之间的焊接性

1.6 本课题研究的主要内容

第2章 试验材料、方法及设备

2.1试验材料

2.2试验方法及设备

第3章 工艺参数对Ti/Al电阻点焊接头组织性能的影响

3.1软规范下工艺参数对Ti/Al点焊接头力学性能的影响

3.2硬规范下工艺参数对Ti/Al点焊接头形貌及拉剪力的影响

3.3不同规范下Ti/Al电阻点焊接头断裂特征研究

3.4不同规范下Ti/Al电阻点焊接头连接特征研究

3.5本章小结

第4章 Ti/Al异种金属电阻点焊接头随机热处理研究

4.1随机热处理对Ti/Al点焊接头宏、微观组织的影响

4.2随机热处理对Ti/Al点焊接头力学性能的影响

4.3本章小结

第5章 Ti/Al电阻点焊接头的形成机理研究

5.1 Ti/Al电阻点焊接头形成过程分析

5.2 Ti/Al电阻点焊接头界面冶金反应分析

5.3 Ti/Al电阻点焊接头界面反应层生长过程

5.4本章小结

第6章 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间的成果

致谢

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