论文部分内容阅读
钛/钢双金属复合板作为一种新型的结构材料,既具有钛优良的耐蚀性能,又有结构钢的高强度和高弹性模量等优点而得到广泛应用,但在钛/钢复合板焊接过程中,钛及钛合金特殊的热物理性能和化学性能可能导致焊接缺陷的产生。结合TIG焊与激光焊接过程,研究填充材料组合及焊接方法对焊缝组织和性能的影响,同时结合热模拟试验研究不同热循环条件对热影响区组织和性能的影响,为复合板实际焊接过程提供理论指导。TIG焊试验结果:采用镀铜ER50-6+TA10焊丝作为填充材料,钛/铁焊接性差异较大导致宏观裂纹产生,裂纹附近硬度值分别为1144.7HV0.2、1083.7HV0.2;采用镀铜ER50-6+纯铜焊丝作为填充材料,冷却过程中过量的TiCu与剩余液相之间发生包晶反应形成的TiCu2低熔点共晶体易导致焊接热裂纹;采用镀铜ER50-6+纯铜+TA10焊丝作为填充材料,纯铜填充层与基层Q345钢之间仍存在微观裂纹,焊缝组织主要由铜基体和弥散分布的中间相颗粒组成,焊缝冷却过程中溶解于钢中的过量的铜来不及排出,与铁元素扩散形成的颗粒状α+ε双相组织属于脆性组织,是微裂纹形成的主要原因;铜的熔化量过多会降低焊缝的强度,熔化量过少则起不到稀释Ti-Fe系金属间化合物的作用。激光-TIG焊接试验结果:直接对TA10钛合金进行激光焊接,温度梯度较大导致组织分布不均匀,焊缝中心处为粗大的等轴晶,热影响区由等轴α相和针状马氏体组成,熔合线两侧组织过渡不均匀,容易存在应力集中,裂纹容易在此处萌生;在以纯铜片为填充材料的复合板激光-TIG焊接接头中,钛/钢界面处存在钛/钢/铜三相熔合区,相对于TIG焊接,激光焊接不直接对TA10钛合金进行加热焊接,仅靠熔化的铜传导热量,熔合线附近区域元素扩散距离较短,有利于避免形成过多的金属间化合物,铜向钛侧扩散距离较短,仅在界面附近以及铜侧存在Cu-Ti化合物。热模拟试验结果:热影响区受热峰值温度愈高,复合板爆炸焊界面组织愈粗大,马氏体针数量逐渐增加,当低于相变温度884℃时,扩散过程减慢,由β-Ti转变为α-Ti,形成层片状组织,从马氏体相变开始温度以上快速冷却,生成细小的盘状或针状马氏体组织;界面处显微硬度随峰值温度增大而增大,爆炸焊过程中形成的Ti-Fe化合物、界面处冷却较快导致位错来不及扩散和快速冷却过程中形成的针状马氏体是显微硬度增大的主要原因;界面附近区域TA10钛合金存在一定的软化区,软化区内晶粒严重长大,冷却后得到晶粒粗大的过热组织,塑形和韧性下降。