异种金属复合材料因其具有优良的综合力学性能,而被广泛应用于机械化工、油气储运、交通运输等诸多领域中。但是由于复合材料的基层与覆层之间的化学成分及物理性能会有差异较大,在焊接时极易产生金属间脆性化合物,往往在实际应用中存在着较大难度,在工业中一直是一个研究的热点和难点。本论文针对钛-钢异种复合材料熔化焊接时,极易产生脆性化合物,使得接头性能极差的问题及局限性考虑,首先对钛-钢复合板分别采用了激光-MAG复合焊+单激光、激光-MAG复合焊+TIG焊、CMT+单激光三种焊接方案。经过对比分析确定采用CMT双道焊+单激光的焊接方式,并且采用正交设计法使得CMT双道焊+单激光工艺方案得到了优化,选出较优的两组焊接参数继续后续的研究。接着对比两组参数的显微硬度、拉伸强度、冲击功、微剪切强度的大小及断口形貌;并利用OM、XRD、EBSD技术对接头的微观组织形貌、相成分、晶粒尺寸、晶粒取向及热应变等进行了分析;借助高速摄像机及示波器电信号同步采集系统,对CMT焊接过程中的熔滴过渡过程、电弧行为及相关的电流电压周期变化的信息进行了分析研究。实验结果表明:参数1焊接接头的抗拉强度为420MPa,参数2焊接接头的抗拉强度为397MPa,两者均高于标准强度387MPa。参数1焊接接头的冲击功为112J,参数2焊接接头的冲击功为85J。母材微剪强度为436MPa,参数1焊缝区界面微剪强度为368MPa,参数2焊缝区界面微剪强度为289MPa两参数焊缝区界面处微剪强度均小于母材微剪强度值。观察断口分析认为参数1界面处的断口主要为混合型韧窝,参数2界面处的断口主要为解理形状断口;通过力学性能及断口分析可以得出两组参数参数下焊接接头强度均符合使用要求且参数1的综合力学性能均要优于参数2。参数1脆性化合物的总量为31.6%,参数2脆性化合物的总量为35.0%,说明参数2热输入量的增加,促进了脆性化合物的生成,使得参数2脆性化合含量大于参数1。由于热输入量的大小直接影响到晶粒尺寸的大小,对晶粒尺寸进行统计结果如下:参数1、参数2的Fe Ti平均晶粒直径分别为2.3μm,15.6μm,Fe₂Ti平均晶粒直径分别为4.9μm,9.7μm,得出参数1脆性化合物的平均晶粒尺寸均要小于参数2的。重结晶程度统计结果:FeTi重结晶体积比分别为10.7%、25.4%,Fe₂Ti重结晶体积比分别为76.2%、84.4%,在两参数焊接过程中,参数1脆性化合物重结晶度小于参数2且脆性化合物FeTi重结晶程度明显小于Fe₂Ti,可确定出两种脆性化合物的重结晶体制不同。晶粒取向差可以侧面反映出是否存在织构等组织,两参数下脆性化合物晶粒取向差统计结果如下:FeTi的晶界峰值变化明显,在2°¹5°区间的比例分别为4.2%、10.3%,平均取向差分别为26°、29.2°,且Fe₂Ti晶界在2°¹5°区间的比例极小几乎全是大角度晶界,小角度比例分别为0.51%、0.33%,平均取向差分别为53.5°、56.2°,说明FeTi小角度晶界占有比大于Fe₂Ti,Fe₂Ti大角度晶界分布集中,Fe Ti晶粒的长大程度小于Fe₂Ti。热应变直接反映出焊后热应力产生的大小,热应变分析结果:参数1、参数2 FeTi相残余应变的平均值分别为1.31,1.77,Fe₂Ti相在两参数下的残余应变平均值分别为0.86,1.20,参数2脆性化合物热应变值大于参数1,两参数整体热应变值均偏小。通过高速摄像观察熔滴过渡形式及采用示波器采集60A、130A、180A电信号,结果显示60A电流状态下,其熔滴呈现出一脉一滴的短路过渡形式。130A电流状态下,熔滴尺寸及电信号周期增大,但熔滴过渡形式没有发生变化。当电流增大到180A以后,CMT的电流电压波形引起很大的变化,周期明显增加并且在一个周期内,产生了多次脉冲。熔滴过渡形式从单一稳定的短路过渡形式变成短路过渡和射流过渡的混合形式。