镁合金与钛合金在航空航天领域得到广泛应用,为了发挥镁/钛异种金属各自的性能优势,很有必要将镁合金与钛合金连接起来获得结合牢固的焊接接头。钛合金与镁合金的焊接有两大困难,一是钛合金的熔点远高于镁合金,两者难以实现液相共存;二是两种金属物理化学性质差异过大,互溶度很低,熔化状态下的镁合金在钛合金上的润湿性很差,这就导致镁合金在钛板上的铺展成形比较困难。因此急需开发一种高强度高性能的镁/钛板材的焊接工艺。在此基础上本文开展了镁/钛异种金属激光-电弧对接焊焊接工艺的研究。1.本文针对镁合金与钛合金的焊接难点,提出了一种激光-偏移电弧的焊接工艺,能够保证镁合金不烧穿的情况下,钛合金也能够充分的熔化,从而获得适宜镁合金与钛合金焊接方法,焊接过程中激光始终作用在Ni夹层上保证镁/钛界面有足够的反应温度,同时电弧向钛合金一侧偏移,增加钛的熔化量并且减少镁合金的烧损,从而获得成型良好的焊接接头,经过工艺试验优化后的试验参数:激光功率540W,电弧电流38A,焊接速度为800mm/min,电弧偏移量为1.6mm,焊后接头强度达到了153.7MPa。2.电弧偏移过程使得激光-电弧热源的能量能量分布状态发生改变,并且影响焊缝中组织的分布状态,进而影响镁/钛界面和中间组织,电弧偏移量为0-1.6mm的焊接接头,镁/钛界面完全熔化,界面处没有明显的化合物层,焊缝熔合区由α-Mg相;颗粒状Al-Ni相;α-Mg/Mg₁₇Al₁₂共晶相组成,细小颗粒状Al-Ni相会弥散强化焊缝组织,提高接头焊缝区的强度。当电弧偏移量达到2.4mm时过界面出现未熔化的Ni夹层,Ni夹层周围会存在层片状的α-Mg/Mg₂Ni共晶相,和粗大的Al-Ni相,界面温度和Al-Ni相形态的变化会引起焊接接头强度明显下降。3.研究发现当液相L凝固后首先凝固的相是α-Ti,中间相Ti₃Al会以α-Ti为晶核析出,随着温度的降低,液相会生成α-Mg相并将Al元素排出α-Mg,Al元素的排出导致未凝固区的Al元素含量增加,β–Mg₁₇Al₁₂会沿着α-Mg为晶核生长,直至与Ti₃Al相接触,钛合金与镁合金在各自的基础界面上会反应生成与各自完全共格的中间相,界面层尺度为200-300nm,靠近镁合金一侧的是Mg₁₇Al₁₂,Mg₁₇Al₁₂相在镁合金一侧分布并不均匀,会以不连续块状分布的方式分布在α-Mg与Ti₃Al中间,组成镁/钛界面。4.本文通过分析不同电弧偏移量下焊接接头的成形规律,归纳总结了激光-偏移电弧在镁/钛异种合金焊接时的优势。通过调节激光和电弧在镁/钛板材上的能量分布方式,使镁合金与钛合金上可以获得柔性的焊接热输入,研究发现激光-偏移电弧焊接过程可以改变“高温区”的分布形式,使得高温区从窄圆柱形变为扇形,增加镁合金在钛合金上的铺展能力。同时获得了一种“楔形”接头连接形式,在不增加焊缝体积和质量的情况下,明显的增加对接接头的界面结合面积,增加熔融态镁合金在钛合金上的铺展能力。随着电弧偏移量的增加,镁/钛接头的成型逐渐改善,获得了中间夹层完全熔化,界面结合紧密,无缺陷的焊接接头接头。