钛合金具有低密度、高比强度和高比刚度的特点,在航空领域有广泛应用。和其他熔化焊接方法相比,钛合金扩散连接时加热温度低于材料熔点或相变点,能够避免高温热循环时待连接材料经熔化凝固过程产生的气孔、裂纹、夹渣等焊接缺陷,接头的综合力学性能较好。传统炉内加热扩散连接方法大部分需要进行外部机械加压和对炉内进行整体加热,一定程度上限制了其实用性。本文提出了一种新的固相连接方法——局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接方法。利用电磁感应热源对刚性拘束的待连接材料界面区进行非熔化局部加热,界面区高温金属受热膨胀,在周围冷金属材料和刚性拘束的作用下,形成热拘束应力应变场,对界面处热塑性状态金属进行挤压,促进界面两侧原子扩散,实现固相连接。利用TC4钛合金板材,在保温时间2.5min-7.5min,加热温度900-990℃范围内进行了局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接工艺试验,焊后对接头进行650℃/3h退火热处理。获得了组织均匀,力学性能良好的扩散连接接头。接头材料组织未发生相变,连接界面几乎消失,基本没有未焊合缺陷,接头力学性能与母材相当。接头受塑性变形作用明显,热挤压效应显著。验证了局部感应加热刚性拘束热自压扩散方法的可行性。针对局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接过程,利用Ansys软件,在实验基础上建立了有限元模型,确定了各参数并进行了计算。结果表明:通过局部感应加热形成了使对接界面受到热压缩作用的内部热弹塑性应力应变场。这种热自压缩作用加上对接界面上的高温促进了原子在对接界面上的扩散,从而形成固相连接接头。结合有限元分析结果,利用数学模型对空洞闭合过程进行了数值计算。结果表明:与传统扩散连接相比,局部感应加热刚性拘束热自压扩散因连接过程中热挤压效应显著,导致塑性变形机制、界面源机制和蠕变机制所用显著增加,连接时间相较传统扩散连接扩散时间显著缩短。为研究元素扩散行为,对TA0/TC4异种材料进行了局部感应加热刚性拘束热自压扩散连接试验,分析了界面两侧元素扩散特点及保温时间对扩散的影响。结果表明:当保温时间较短时,连接界面两侧元素扩散不充分,元素扩散深度有限,界面焊合质量差。随着保温时间的增加,元素扩散深度增加,界面焊合质量明显提高。