NiTiNb-TC4激光微焊接裂紋形成機(jī)理與控制方法研究.pdf

1、NiTiNb形狀記憶合金與TC4鈦合金在航空、航天、汽車、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但是 NiTiNb同種材料以及 NiTiNb/TC4異種材料焊接時(shí)，接頭極易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重制約了NiTiNb及其與TC4鈦合金異種材料焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。論文對(duì) NiTiNb同種材料、以及 NiTiNb/TC4異種材料激光微焊接時(shí)焊接裂紋敏感性、裂紋產(chǎn)生的原因、形成機(jī)理以及控制裂紋的措施進(jìn)行了研究，得到如下主要結(jié)果：
　　熱軋態(tài)NiTiNb

2、同種材料激光對(duì)接焊接時(shí)，表面雜質(zhì)的存在是形成焊接裂紋的主要原因，通過去除表面雜質(zhì)可控制焊接裂紋，獲得成形良好的焊接接頭。在此基礎(chǔ)上，研究了焊接工藝對(duì)焊接接頭性能的影響規(guī)律，并采用正交優(yōu)化方法對(duì)焊接工藝進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)激光焊接平均功率為16.8W、脈寬為4.5ms、頻率為4.5Hz時(shí)焊接接頭的最大抗拉強(qiáng)度為880MPa，達(dá)到母材抗拉強(qiáng)度的95％。焊后對(duì)接頭進(jìn)行500℃真空退火后焊接接頭的形狀記憶性能達(dá)到母材的88%。
　　NiTiNb

3、/TC4異種材料激光焊時(shí)，焊接接頭的裂紋敏感性很強(qiáng)，在焊縫剛好焊透的較小激光功率時(shí)，焊縫就出現(xiàn)了裂紋，通過改變激光工藝參數(shù)無法消除接頭裂紋。當(dāng)激光光斑偏向 TC4一側(cè)時(shí)，裂紋數(shù)量明顯減少。橫向裂紋源為熔合線附近的 Ti2Ni相。Ti2Ni、NbNi3、TiNi三種化合物中，Ti2Ni的生成焓最小，吉布斯自由能最小，在焊接中不可避免?？v向裂紋是由于低熔點(diǎn)共晶在晶界富集產(chǎn)生液態(tài)薄膜，在較低的焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生的結(jié)晶裂紋。
　　通過添加

4、Ni、Ti、Nb等填充材料可在不同程度上抑制NiTiNb/TC4異種材料激光微焊接時(shí)裂紋的形成。對(duì)于NiTiNb/TC4異種材料搭接接頭，當(dāng)TC4置于上部、中間預(yù)置50μm、100μm厚Ni片時(shí)，裂紋敏感性較大，而當(dāng)NiTiNb置于上部時(shí)、中間預(yù)置50μm厚Ni片時(shí)焊縫中無裂紋，但是與下部母材搭接處存在脆性Ti2Ni相。對(duì)于NiTiNb/TC4異種材料對(duì)接接頭，填入直徑Φ300μm的純Ni絲后，在TC4熔合線附近存在裂紋，在TC4一側(cè)存