Ti-Al合金氬弧熔-釬焊接頭組織結(jié)構(gòu)及連接機(jī)制研究.pdf

1、鈦與鋁熱物理性能相差大，采用傳統(tǒng)熔焊方法進(jìn)行連接時(shí)易生成Ti-Al脆性金屬間化合物，Ti/Al異質(zhì)合金被認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)熔焊連接。本文采用SAl1100、SAl4043、SAl4047及SAl5356焊絲針對(duì)TA15鈦合金與2024Al、5A06Al合金進(jìn)行填絲鎢極氬弧焊(GTAW)連接，研究焊絲合金成分及鋁合金母材對(duì)接頭組織特征的影響。焊絲成分對(duì)接頭顯微組織具有較大的影響，鋁合金母材對(duì)接頭組織的影響很小。采用Al-Si系焊絲SAl4047

2、時(shí)，獲得的Ti/Al GTAW接頭焊縫中脆性析出相數(shù)量少，接頭厚度方向Ti/Al過渡區(qū)組織差異較小且反應(yīng)層平均厚度較小，組織性能較好。采用其它三種焊絲時(shí)Ti/Al過渡區(qū)厚度大且存在裂紋，接頭厚度方向過渡區(qū)組織差異大。
　　采用SAl4043焊絲對(duì)RuTi/1060Al異質(zhì)合金進(jìn)行脈沖熔化極氬弧焊(P-GMAW)連接，研究焊接熱輸入對(duì)接頭組織特征的影響。焊接熱輸入對(duì)Ti/Al P-GMAW接頭焊縫及Ti/Al過渡區(qū)顯微組織具有較大的

3、影響。焊接熱輸入較低時(shí)，焊縫中形成了尺寸較小的顆粒狀或短棒狀析出相，鈦合金與焊縫之間形成一層鋸齒狀的過渡區(qū);焊接熱輸入較大時(shí)，焊縫中出現(xiàn)了粗大的條狀、骨骼狀析出相，鈦合金與焊縫之間形成了多層狀結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)。
　　采用掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)及X射線衍射(XRD)對(duì)采用Al-Si系焊絲的Ti/Al氬弧焊接頭過渡區(qū)相結(jié)構(gòu)及元素分布進(jìn)行分析，研究Ti/Al異質(zhì)合金的氬弧焊連接機(jī)制。鈦與鋁異質(zhì)合金形成熔-釬焊結(jié)合:GTAW接頭

4、鈦合金上表面微區(qū)形成Ti/Al熔合區(qū)，其余位置鈦與鋁為釬焊結(jié)合;P-GMAW接頭鈦與鋁形成釬焊結(jié)合。Ti/Al熔合區(qū)由鈦側(cè)至焊縫側(cè)依次形成Ti3Al層、TiAl+Ti5Si3共晶層、Ti9Al23+Ti5Si3共晶層（Ti5Al11+Ti5Si3共晶層）及TiAl3層實(shí)現(xiàn)連接;釬焊界面由鈦側(cè)至焊縫側(cè)依次形成α-Ti層、Ti5Si3與TiAl3混合層及TiAl3層實(shí)現(xiàn)連接。
　　結(jié)合應(yīng)力分析，對(duì)填絲GTAW接頭Ti/Al過渡區(qū)焊接裂

5、紋的起源與擴(kuò)展進(jìn)行研究。Ti/Al過渡區(qū)內(nèi)既存在冷裂紋也存在熱裂紋。垂直于鈦合金表面的拉應(yīng)力導(dǎo)致余高末端Ti/Al熔合區(qū)開裂形成冷裂紋;冷裂紋主要沿熔合區(qū)內(nèi)不同金屬間化合物層之間的界面進(jìn)行擴(kuò)展。熔合區(qū)內(nèi)脆性金屬間化合物中易形成多邊化邊界，在水平方向拉應(yīng)力作用下形成多邊化裂紋;熱裂紋主要沿多邊化邊界擴(kuò)展。接頭根部Ti/Al釬焊界面反應(yīng)層厚度小，結(jié)合弱，水平方向拉應(yīng)力作用使界面剝離形成冷裂紋;裂紋主要沿鈦合金與反應(yīng)層之間的界面進(jìn)行擴(kuò)展。

6、r>　　對(duì)采用SAl4043、SAl4047焊絲連接的TA15/2024Al GTAW接頭進(jìn)行拉伸測(cè)試。采用SEM、EDS對(duì)接頭的斷口形貌特征進(jìn)行分析，研究接頭的斷裂行為。采用SAl4043焊絲時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)216MPa;接頭既可由鈦側(cè)破壞，又可由鋁側(cè)破壞。接頭由鈦側(cè)破壞時(shí)，斷裂主要發(fā)生在鈦合金與Ti/Al反應(yīng)層的界面處，局部斷裂于反應(yīng)層附近的焊縫中。接頭由鋁側(cè)破壞時(shí)全部斷裂于靠近熔合區(qū)的鋁合金焊接熱影響區(qū)中。采用SAl4047焊