發(fā)布時(shí)間：2021-09-24 01:38

　　Ti/Al復(fù)合構(gòu)件由于具有成本低、重量輕等特點(diǎn)在航天航空及汽車(chē)工業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。由于鋁合金與鈦合金的熱物理性能差別較大,且冶金相容性較差,采用傳統(tǒng)的熔化焊容易在界面處產(chǎn)生大量脆性化合物,難以獲得有效連接。本文采用激光-MIG復(fù)合熱源進(jìn)行了3 mm厚的6061-T6鋁合金與Ti-6Al-4V鈦合金的熔釬焊試驗(yàn)。通過(guò)熱源空間位置調(diào)整及工藝適配控制化合物層的均勻性及焊縫成形,獲得了力學(xué)性能良好的Ti/Al異種合金熔釬焊接頭。使用Abaqus數(shù)值模擬軟件進(jìn)行了焊接過(guò)程溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算,獲取了不同激光-電弧偏移量及激光束偏轉(zhuǎn)角度下界面的溫度分布。結(jié)果表明,通過(guò)將熱源向鋁側(cè)偏移可降低界面處的峰值溫度,但沿界面仍存在較大溫度梯度。在偏移量為1.2 mm的條件下,偏轉(zhuǎn)激光束可提高對(duì)接面下部溫度,獲得等溫線(xiàn)近似平行于對(duì)接面的均勻溫度場(chǎng)分布。采用單因素法研究了激光-MIG復(fù)合焊的主要工藝參數(shù)對(duì)Ti/Al熔釬焊接頭焊縫成形的影響規(guī)律。結(jié)果表明,當(dāng)熱源偏移量過(guò)大或熱輸入過(guò)小時(shí),由于鈦合金背部受熱不良而導(dǎo)致液態(tài)金屬鋪展較差。激光功率及偏移量一定的條件下,送絲速度與焊接速度比值為3.9⁴

【文章來(lái)源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：96 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鈦/鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)座椅導(dǎo)軌[4]

胡學(xué)術(shù)[14]研究了 Ti-6Al-4V 鈦合金與 1060 鋁合金低溫?cái)U(kuò)散焊過(guò)程。擴(kuò)散焊溫度區(qū)間保持在 350~440℃范圍內(nèi)，所用壓力為 2~20MPa，保溫時(shí)間 30~300min。結(jié)果顯示，隨保溫時(shí)間的增加，接頭強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定，最后下降的趨勢(shì)。當(dāng)焊接壓力增大至兩種金屬表面有足夠的接觸面積，繼續(xù)增大焊接壓力對(duì)接頭強(qiáng)度及化合物層影響不大，所得接頭最高剪切強(qiáng)度為 74 MPa。接頭形成包括金屬表面物理接觸，元素?cái)U(kuò)散層形成，擴(kuò)散層生長(zhǎng)三個(gè)過(guò)程。韓國(guó)學(xué)者 W. H. Sohn 采用 Al-10Si-Mg 作為中間層，使用瞬間液相擴(kuò)散焊實(shí)現(xiàn)了 Ti/Al 異種合金的連接[15]。金屬間化合物層是實(shí)現(xiàn)鈦母材與填充材料形成連接的媒介，其可分為靠近 Ti 基體的連續(xù)層 Ti7Al5Si12和靠近 Al 基體的非連續(xù)層Ti5Al12Si3，作者認(rèn)為 Si 元素的存在有效的抑制了化合物層的生長(zhǎng)。在溫度為 620℃的條件下，隨擴(kuò)散時(shí)間增加，非連續(xù)層（Ti5Al12Si3）厚度變化不明顯，而連續(xù)層（Ti7Al5Si12）厚度明顯增加，如圖 1-3 所示。

日本大阪大學(xué) A.Fuji 等[23]采用摩擦焊進(jìn)行了純鈦與純鋁、Al-Si 系合金的連接。結(jié)果表明，界面金屬間化合物以 TiAl3為主，當(dāng) TiAl3層的厚度超過(guò) 0.2μm，接頭的強(qiáng)度就會(huì)明顯降低。陳玉華等[24]對(duì) 3mm 厚 Ti-6Al-4V 鈦合金和 2A14 鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊對(duì)接焊接，當(dāng)攪拌針偏移量小于 1 mm 時(shí)，焊縫成形較差，焊縫中會(huì)產(chǎn)生大量裂紋，合適的攪拌針偏移量為 2~2.5 mm。Wu 等[25]進(jìn)行了 Ti-6Al-4V 與 6061 鋁合金的攪拌摩擦焊研究。分析了攪拌針偏移量，旋轉(zhuǎn)速率，焊接速度等對(duì)焊接缺陷及接頭性能的影響。當(dāng)攪拌針偏移量較小，旋轉(zhuǎn)速率較低時(shí)將造成接頭底部無(wú)法產(chǎn)生有效的連接，產(chǎn)生如圖 1-4 所示的缺陷。Bang 等人[26]則在進(jìn)行 Ti/Al 攪拌摩擦焊時(shí)使用 TIG 電弧進(jìn)行預(yù)熱，與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊對(duì)比，由于 TIG 電弧的預(yù)熱作用，使得接頭中未焊合區(qū)域減小，最大抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材的 91%，且延伸率增加近兩倍。由于存在重結(jié)晶過(guò)程，熱影響區(qū)的晶粒較細(xì)。


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