论文部分内容阅读
钛与铝热物理性能相差大,采用传统熔焊方法进行连接时易生成Ti-Al脆性金属间化合物,Ti/Al异质合金被认为难以实现熔焊连接。本文采用SA11100、 SA14043、SA14047及SA15356焊丝针对TA15钛合金与2024Al、5A06Al合金进行填丝钨极氩弧焊(GTAW)连接,研究焊丝合金成分及铝合金母材对接头组织特征的影响。焊丝成分对接头显微组织具有较大的影响,铝合金母材对接头组织的影响很小。采用Al-Si系焊丝SA14047时,获得的Ti/Al GTAW接头焊缝中脆性析出相数量少,接头厚度方向Ti/Al过渡区组织差异较小且反应层平均厚度较小,组织性能较好。采用其它三种焊丝时Ti/Al过渡区厚度大且存在裂纹,接头厚度方向过渡区组织差异大。采用SA14043焊丝对RuTi/1060Al异质合金进行脉冲熔化极氩弧焊(P-GMAW)连接,研究焊接热输入对接头组织特征的影响。焊接热输入对Ti/Al P-GMAW接头焊缝及Ti/Al过渡区显微组织具有较大的影响。焊接热输入较低时,焊缝中形成了尺寸较小的颗粒状或短棒状析出相,钛合金与焊缝之间形成一层锯齿状的过渡区；焊接热输入较大时,焊缝中出现了粗大的条状、骨骼状析出相,钛合金与焊缝之间形成了多层状结构的过渡区。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射(XRD)对采用Al-Si系焊丝的Ti/Al氩弧焊接头过渡区相结构及元素分布进行分析,研究Ti/Al异质合金的氩弧焊连接机制。钛与铝异质合金形成熔-钎焊结合：GTAW接头钛合金上表面微区形成Ti/Al熔合区,其余位置钛与铝为钎焊结合；P-GMAW接头钛与铝形成钎焊结合。Ti/Al熔合区由钛侧至焊缝侧依次形成Ti3Al层、TiAl+Ti5Si3共晶层、Ti9Al23+Ti5Si3共晶层(Ti5Al11+Ti5Si3共晶层)及TiAl3层实现连接；钎焊界面由钛侧至焊缝侧依次形成a-Ti层、Ti5Si3与TiAl3混合层及TiAl3层实现连接。结合应力分析,对填丝GTAW接头Ti/Al过渡区焊接裂纹的起源与扩展进行研究。Ti/Al过渡区内既存在冷裂纹也存在热裂纹。垂直于钛合金表面的拉应力导致余高末端Ti/Al熔合区开裂形成冷裂纹；冷裂纹主要沿熔合区内不同金属间化合物层之间的界面进行扩展。熔合区内脆性金属间化合物中易形成多边化边界,在水平方向拉应力作用下形成多边化裂纹；热裂纹主要沿多边化边界扩展。接头根部Ti/Al钎焊界面反应层厚度小,结合弱,水平方向拉应力作用使界面剥离形成冷裂纹；裂纹主要沿钛合金与反应层之间的界面进行扩展。对采用SA14043、SA14047焊丝连接的TA15/2024Al GTAW接头进行拉伸测试。采用SEM、EDS对接头的断口形貌特征进行分析,研究接头的断裂行为。采用SA14043焊丝时,接头抗拉强度可达216MPa；接头既可由钛侧破坏,又可由铝侧破坏。接头由钛侧破坏时,断裂主要发生在钛合金与Ti/Al反应层的界面处,局部断裂于反应层附近的焊缝中。接头由铝侧破坏时全部断裂于靠近熔合区的铝合金焊接热影响区中。采用SA14047焊丝时,受拉伸力与剪切力的共同作用,接头强度较低且全部断裂于Ti/Al过渡区附近。