前言
超(chao)薄(bao)板钛合(he)金(jin)/不锈(xiu)钢异种(zhong)金属(shu)连接(jie)结(jie)构兼(jian)具(ju)钛(tai)合(he)金密度低、比强度高、耐腐(fu)蚀(shi)性(xing)能(neng)强(qiang)和不(bu)锈钢(gang)的较低
的成(cheng)本(ben)和(he)良好的综(zong)合(he)性能(neng)的特点，在轨道交通(tong)、能源(yuan)化(hua)工、航(hang)空(kong)航(hang)天及(ji)日用(yong)器皿等(deng)领域需(xu)求(qiu)广(guang)泛[1−4]。
然而(er)，钛(tai)合(he)金和(he)不锈钢(gang)两(liang)种(zhong)材料(liao)在(zai)物(wu)理(li)性能(neng)上差(cha)异大(da)和冶金(jin)相(xiang)容(rong)性差，导(dao)致(zhi)钛(tai)合(he)金(jin)和不(bu)锈(xiu)钢异种(zhong)金(jin)属的(de)
焊接(jie)性较差，主要(yao)表(biao)现在：①钛合金(jin)和不锈(xiu)钢(gang)的热(re)导(dao)率(lv)、线膨(peng)胀系数和比(bi)热(re)容(rong)等物(wu)理性能(neng)相(xiang)差(cha)较大(da)，在焊接
时(shi)容(rong)易(yi)产(chan)生(sheng)较大的(de)应力和(he)变(bian)形；②钛(tai)合(he)金和不(bu)锈(xiu)钢在(zai)高(gao)温下(xia)易(yi)反应(ying)生(sheng)成(cheng)脆性(xing)金(jin)属(shu)间化合(he)物(wu)，严(yan)重降低(di)接头(tou)性(xing)
能(neng)，甚至产(chan)生(sheng)裂纹[5−7]。因(yin)此(ci)，这使得钛合金和不锈(xiu)钢异种金(jin)属(shu)的(de)连接非常困(kun)难(nan)，焊接(jie)工(gong)艺复(fu)杂(za)，焊接
成(cheng)本高，焊接效(xiao)率(lv)低(di)，极(ji)大地影响了钛(tai)合金/不锈钢异(yi)种(zhong)金属(shu)结构在(zai)工(gong)业中(zhong)的(de)广泛应用[8]。
近年来(lai)，钛/钢(gang)异(yi)种(zhong)金属的连(lian)接的(de)研(yan)究成(cheng)为(wei)了(le)国内外学者的(de)研究热点(dian)，在(zai)焊接(jie)新方法、焊(han)接工艺及(ji)机(ji)理(li)
、焊接(jie)材(cai)料、接(jie)头(tou)组(zu)织和(he)性能等方(fang)面开展(zhan)了(le)广泛和(he)深(shen)入的研(yan)究(jiu)，采用(yong)的焊(han)接(jie)方法涵盖(gai)钎焊、熔钎焊、压(ya)力焊(han)
和(he)熔化(hua)焊等焊(han)接方法[9−12]。
相较(jiao)于钎(qian)焊(han)与(yu)固(gu)相(xiang)焊等(deng)低热输入焊(han)接(jie)方法，熔(rong)焊(han)具有(you)焊(han)接柔(rou)性(xing)好、焊(han)接效(xiao)率(lv)高(gao)等(deng)特(te)点；然(ran)而，采用(yong)直(zhi)接
熔焊方(fang)法(fa)会导致Ti，Fe等(deng)元(yuan)素在熔池(chi)中剧(ju)烈(lie)反(fan)应，生(sheng)成(cheng)大(da)量(liang)脆(cui)性(xing)金属(shu)间化(hua)合(he)物(wu)。因(yin)此(ci)，近些(xie)年(nian)，学(xue)者(zhe)们主
要(yao)研(yan)究填(tian)充(chong)金属及(ji)中(zhong)间层等对(dui)接头冶金行为及性(xing)能(neng)的(de)影响(xiang)[13−15]。Gao等(deng)学者(zhe)[16]采(cai)用(yong)爆炸(zha)焊(han)接(jie)制备的
TA2/Q235复(fu)合中间层(ceng)，将(jiang)激光分别(bie)聚焦(jiao)TC4/TA2界面(mian)和(he)Q235/304SS界面(mian)，实(shi)现了(le)1mm厚的(de)TC4和(he)304
SS的(de)双(shuang)道(dao)激光熔化焊接(jie)，该(gai)方法(fa)可(ke)防止(zhi)焊接(jie)过程(cheng)中(zhong)形(xing)成(cheng)Ti-Fe金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合物(wu)。Tomashchuk等(deng)学(xue)者[17]
研(yan)究(jiu)了以铜箔为(wei)中间层(ceng)的钛合(he)金与316L奥(ao)氏体不锈钢电子(zi)束焊(han)接(jie)，接头(tou)的力(li)学(xue)性能取决于(yu)金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合
物(wu)层的厚度。Fang等学(xue)者(zhe)[18]使用Cu/Nb双金(jin)属(shu)层(ceng)作为(wei)中间(jian)层(ceng)，采用(yong)脉冲Nd/YAG激(ji)光(guang)焊接(jie)系统对(dui)厚度为(wei)
2mm的TC4钛(tai)合金(jin)和(he)AISI316L不锈(xiu)钢进行焊接(jie)，在高(gao)激光(guang)功率下，钛合(he)金侧熔合区组织(zhi)主要(yao)为(wei)
(Nb,Ti)固(gu)溶体(ti)，在Cu和(he)Nb之(zhi)间(jian)的(de)熔合区(qu)附近(jin)会产(chan)生Ti-Cu相(xiang)；当激(ji)光(guang)功率较(jiao)低(di)时，Cu-Nb熔(rong)合区(qu)的组(zu)
织(zhi)被(bei)(Cu,Nb)固(gu)溶体所(suo)取代(dai)，有助(zhu)于(yu)抑制(zhi)裂(lie)纹(wen)。Pardal等(deng)学(xue)者(zhe)[19]采(cai)用(yong)CMT冷金属过渡(du)技(ji)术(shu)对316L不锈
钢和Ti-6Al-4V进行连(lian)接，用(yong)CuSi3焊丝作为填(tian)充(chong)金属，通(tong)过(guo)控(kong)制(zhi)热(re)输(shu)入(ru)，控(kong)制了钛(tai)铁金(jin)属间(jian)化(hua)合物(wu)的(de)生
成(cheng)，抗(kang)拉强度为200MPa。然而(er)，针对厚度(du)小(xiao)于0.5mm的超薄板钛(tai)合(he)金与(yu)不(bu)锈钢(gang)异(yi)种(zhong)金(jin)属(shu)连(lian)接(jie)难度更(geng)大(da)，
难以采(cai)用宽(kuan)度(du)较(jiao)小的(de)过渡(du)层(ceng)实(shi)现可靠(kao)连接(jie)，必须(xu)采(cai)用(yong)过(guo)渡(du)段；若(ruo)采用双(shuang)过渡段，则(ze)会由于(yu)连接(jie)板太(tai)薄，过(guo)渡(du)
段及(ji)母(mu)材(cai)之(zhi)间的(de)物理(li)性(xing)能(neng)差异较大而(er)产(chan)生(sheng)较大的变形(xing)；若(ruo)采用(yong)单(dan)过(guo)渡段，必(bi)须要(yao)优化选材和(he)工(gong)艺(yi)，避(bi)免生成(cheng)
新(xin)的(de)金(jin)属间(jian)化合(he)物(wu)。
如(ru)何有(you)效(xiao)避免(mian)超(chao)薄(bao)板(ban)钛合金(jin)/不(bu)锈钢(gang)焊缝(feng)脆(cui)性(xing)组织(zhi)的(de)生(sheng)成(cheng)所导(dao)致的性(xing)能(neng)下降甚至开裂(lie)，如(ru)何减小(xiao)由(you)于(yu)钛(tai)
合(he)金/不锈(xiu)钢异种(zhong)金属物(wu)理(li)性(xing)能(neng)的(de)差(cha)异所(suo)导(dao)致(zhi)的较(jiao)大(da)焊接(jie)应(ying)力(li)和变形(xing)，如(ru)何避(bi)免各种(zhong)焊接(jie)缺陷(xian)是(shi)超薄(bao)板(ban)钛合
金(jin)/不(bu)锈(xiu)钢异(yi)种金属连接(jie)需要(yao)解决的核(he)心问题(ti)。为(wei)了解决(jue)该连接(jie)难(nan)题，该(gai)文(wen)开发了一种超薄(bao)板(ban)钛合金(jin)/不(bu)锈钢
异种(zhong)金属(shu)连接(jie)新工(gong)艺，采用单过渡段，并通(tong)过(guo)优化(hua)组合(he)工(gong)艺，精确(que)控制热(re)输入(ru)，实(shi)现了(le)超薄板异(yi)种金(jin)属(shu)高质(zhi)
量(liang)连(lian)接(jie)。
1 试验材(cai)料、设备(bei)与(yu)方法(fa)
试验(yan)母材(cai)为(wei)TA1板和304不(bu)锈钢(gang)板，厚(hou)度为(wei)0.4mm，根(gen)据(ju)TA1和(he)304的化学(xue)成分、物理(li)及化学(xue)性能特点，设(she)
计的过渡(du)段为纯铌(ni)板(ban)，对(dui)TA1/Nb板的(de)连(lian)接，采(cai)用ERTi-1钛(tai)合(he)金焊(han)丝，对304不锈(xiu)钢/Nb板的连(lian)接，采
用S214铝(lv)青铜(tong)焊(han)丝，并(bing)设(she)定304不(bu)锈(xiu)钢(gang)/纯(chun)铌板(ban)对接(jie)间隙以(yi)形(xing)成铜(tong)隔离层，最终(zhong)形(xing)成(cheng)TA1-Nb-Cu-304组
合连(lian)接(jie)结(jie)构(gou)，TA1/304组合(he)连接(jie)工艺(yi)示(shi)意图(tu)如图(tu)1所(suo)示，焊(han)丝(si)直径(jing)均(jun)为1.0mm，母材和(he)焊丝(si)成(cheng)分(fen)见表1。
母材与(yu)过(guo)渡段的力学(xue)性(xing)能见表2。
该(gai)方(fang)法(fa)的(de)基本原理(li)如下：第(di)一，由于(yu)ERTi-1钛(tai)合(he)金焊(han)丝、TA1钛合(he)金(jin)和(he)纯铌(ni)三者之间(jian)冶金(jin)相容性(xing)均(jun)好(hao)
，使得(de)TA1/Nb的(de)连接(jie)焊缝不(bu)会形成金(jin)属(shu)间(jian)化合物(wu)；第(di)二，S214焊丝(si)与(yu)304不(bu)锈(xiu)钢冶(ye)金(jin)相容(rong)性(xing)好(hao)，且(qie)
S214焊(han)丝熔(rong)点(dian)显(xian)著低(di)于(yu)纯(chun)铌(ni)的(de)熔点，焊接(jie)时(shi)将(jiang)S214焊(han)丝的(de)轴(zhou)向延伸线与(yu)纯(chun)铌(ni)表(biao)面交点与距离(li)纯铌的被连接(jie)
端(duan)面最(zui)近的点(dian)相距合适(shi)的距(ju)离(li)，确(que)保(bao)纯铌微(wei)熔化(hua)，不(bu)会(hui)形成钎(qian)焊连(lian)接，以及由(you)于铌(ni)熔(rong)点(dian)高(gao)、熔(rong)化(hua)少，在(zai)熔池
中(zhong)扩(kuo)散(san)距离短(duan)，能(neng)避(bi)免(mian)形(xing)成脆性组织；同时，由于(yu)S214焊(han)丝偏(pian)离不锈钢(gang)一(yi)侧，使(shi)得304不(bu)锈(xiu)钢(gang)板热(re)输入低
，熔(rong)化(hua)少，不(bu)会(hui)焊(han)穿(chuan)；第(di)三(san)，通过(guo)设定(ding)合适(shi)的纯(chun)铌(ni)和(he)不(bu)锈钢(gang)端(duan)面(mian)间距(ju)，采用S214铜基(ji)焊丝(si)填(tian)充(chong)间(jian)隙，以起
到(dao)隔(ge)离不(bu)锈(xiu)钢(gang)和(he)金(jin)属(shu)过(guo)渡(du)段纯(chun)铌的(de)作用。这主(zhu)要由(you)于S214铜(tong)基(ji)焊(han)丝(si)熔化后(hou)流(liu)动(dong)性(xing)好，进(jin)入间隙(xi)，形(xing)成一(yi)定
宽(kuan)度的(de)铜基(ji)隔(ge)离层，实(shi)现单(dan)面焊双(shuang)面成形(xing)，由于(yu)纯铌和(he)304不(bu)锈(xiu)钢(gang)熔化(hua)很(hen)少(shao)，Nb元素(su)和304不锈(xiu)钢中的(de)
各种元(yuan)素(su)扩(kuo)散(san)距离短(duan)，形(xing)成(cheng)的(de)铜(tong)基隔离层能够阻碍(ai)Nb元素和不锈(xiu)钢中(zhong)的(de)Fe，Ni，Cr等元素的(de)接(jie)触；同时(shi)
，由于S214铜(tong)基焊丝(si)与金(jin)属过(guo)渡段(duan)纯铌(ni)和304不(bu)锈钢(gang)的(de)化(hua)学相(xiang)容性均(jun)好(hao)，这(zhe)样S214铜(tong)基焊丝熔化后(hou)填(tian)充(chong)
间(jian)隙(xi)形(xing)成的(de)隔(ge)离层，能够(gou)有效避(bi)免金属过(guo)渡段铌和(he)304不(bu)锈(xiu)钢(gang)的(de)直接接触，消(xiao)除(chu)金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)物等脆(cui)性组(zu)织
[20]。
采(cai)用的焊机牌(pai)号(hao)为(wei)CMTAdvanced4000Rnc，对Ti/Nb连(lian)接焊(han)缝采用(yong)HCl∶HNO3=3∶1(体(ti)积(ji)比(bi))
溶(rong)液和HF溶(rong)液腐蚀，对(dui)Nb/304连接(jie)焊(han)缝采(cai)用(yong)HCl∶HNO3=3∶1(体积(ji)比(bi))溶(rong)液(ye)腐蚀，采(cai)用(yong)LEICADMi8型(xing)
金相(xiang)显微(wei)镜(jing)观(guan)察(cha)微(wei)观(guan)组(zu)织(zhi)，采用HitachiSU8010型场发(fa)射扫(sao)描(miao)电(dian)子显(xian)微镜和能(neng)谱仪(yi)分析(xi)元素(su)分布(bu)和(he)变化(hua)。
TA1/Nb焊接(jie)接头(tou)拉(la)伸试(shi)样尺寸如(ru)图2所(suo)示，304/Nb焊接接(jie)头拉伸试样尺(chi)寸如(ru)图3所示(shi)。
2、试(shi)验结(jie)果(guo)与分析
2.1 超(chao)薄(bao)板(ban)TA1/304连接(jie)工艺
采用的(de)焊接模式(shi)为(wei)CMT，保护(hu)气(qi)体为纯(chun)氩(ya)气(qi)，流量为20L/min，设定(ding)Nb/304板(ban)的(de)间(jian)隙为1mm，TA1/304
板(ban)的(de)组(zu)合连(lian)接工(gong)艺(yi)参数(shu)见(jian)表3，Nb/304-1号(hao)和Nb/304-2号的S214铝(lv)青铜(tong)焊(han)丝的(de)轴(zhou)向延(yan)伸线(xian)与(yu)纯(chun)铌(ni)过(guo)渡段的(de)
表(biao)面交点(dian)与(yu)距离(li)纯(chun)铌过渡段(duan)的被连接端(duan)面最(zui)近(jin)的点的(de)距离(li)分(fen)别为1.5mm和0.5mm。图(tu)4为(wei)TA1/304异
种金(jin)属焊(han)接接头(tou)宏观(guan)形貌。可(ke)以(yi)看到(dao)，TA1/Nb-1号(hao)焊(han)缝(feng)反面出(chu)现(xian)了较(jiao)为(wei)严重的未(wei)焊透(tou)缺陷(xian)，这(zhe)是由(you)于焊接(jie)
速度较(jiao)快，热输入较低(di)导(dao)致(zhi)，TA1/Nb-2号焊缝正反面成(cheng)形良好(hao)，焊(han)缝宽(kuan)度一致，没(mei)有焊(han)接缺(que)陷(xian)；
Nb/304-1号焊缝两(liang)板材未(wei)能(neng)成功熔合(he)，这(zhe)是(shi)由(you)于焊(han)丝向Nb金(jin)属过(guo)渡(du)段(duan)偏(pian)移量(liang)过大(da)导致(zhi)，当(dang)熔(rong)化的Cu基(ji)焊
丝(si)铺(pu)展(zhan)至焊(han)缝(feng)时(shi)，熔(rong)池热(re)量无(wu)法熔化(hua)304不锈(xiu)钢，导(dao)致(zhi)两(liang)金属(shu)薄板(ban)对(dui)接(jie)处(chu)未(wei)能熔(rong)合，Nb/304-2号(hao)焊缝(feng)正面(mian)
和反面宽度(du)均匀一(yi)致，成(cheng)形良好(hao)，无(wu)焊穿(chuan)、塌陷(xian)、咬(yao)边、未熔(rong)合(he)等(deng)缺陷。图5为对(dui)应(ying)工艺(yi)优(you)良(liang)的(de)TA1/Nb-2号
和Nb/304-2号(hao)的(de)Nb/304异种(zhong)金(jin)属接(jie)头横截(jie)面(mian)。
2.2 组(zu)合连接焊缝(feng)微观组(zu)织
图6为超(chao)薄(bao)板TA1/Nb焊接接(jie)头金(jin)相(xiang)组织。从图(tu)6(a)可(ke)以看出(chu)，形成了(le)Nb/Ti界(jie)面，由于(yu)Nb熔(rong)点(dian)
高，Nb金属过渡(du)段(duan)熔(rong)化量(liang)较少(shao)，界面(mian)处(chu)熔(rong)合线形(xing)状规(gui)则(ze)，过(guo)渡(du)区(qu)较(jiao)窄(zhai)，Nb/Ti界(jie)面无气(qi)孔、未(wei)熔合(he)、裂纹(wen)
等(deng)缺陷；从图6(b)可(ke)以(yi)看(kan)出，Ti焊缝(feng)主(zhu)要为(wei)α-Ti片(pian)层(ceng)状(zhuang)组(zu)织(zhi)和少(shao)量β-Ti组(zu)织。图7为(wei)304/Nb焊
接(jie)接(jie)头(tou)金(jin)相(xiang)组织(zhi)。从图7(a)可以看出(chu)，Cu/Nb界面(mian)处(chu)形成(cheng)了(le)较窄的(de)过(guo)渡(du)区(qu)，由(you)于(yu)焊丝指向Nb侧(ce)，尽(jin)管(guan)
Nb熔点高(gao)，但是使(shi)得Nb发生了微量(liang)熔化(hua)，并(bing)向(xiang)Cu基(ji)焊(han)缝(feng)扩散(san)较少(shao)；从(cong)图7(b)可以(yi)看出(chu)，304不锈钢(gang)
母(mu)材(cai)熔(rong)化量也(ye)较(jiao)少，在Cu/304界面处生(sheng)成了较多不规(gui)则(ze)形状(zhuang)的灰色(se)组(zu)织(zhi)。由(you)于(yu)Cu基焊缝熔点最(zui)低，在凝(ning)
固过程中(zhong)，液相(xiang)Cu发(fa)生(sheng)非(fei)自(zi)发(fa)形(xing)核(he)，非自(zi)发(fa)晶核依(yi)附(fu)在(zai)两(liang)个界(jie)面(mian)处(chu)半(ban)熔(rong)化状态母材晶粒(li)表面(mian)，以(yi)柱状(zhuang)晶的(de)
形(xing)式向焊(han)缝(feng)中(zhong)心(xin)生(sheng)长(zhang)。
2.3 Nb-Cu-304不(bu)锈钢焊(han)缝(feng)界面(mian)元素分(fen)布(bu)
图(tu)8为304/Cu界(jie)面(mian)处(chu)微观组(zu)织及(ji)EDS扫(sao)描(miao)结果。可以(yi)看(kan)出，304/Cu界(jie)面(mian)处冶金(jin)结(jie)合(he)良好(hao)，在(zai)界(jie)面(mian)
Cu焊(han)缝侧弥(mi)散(san)分布着(zhe)许多球(qiu)形(xing)小(xiao)颗粒(li)；从(cong)图8(b)可(ke)以看出，该(gai)处对(dui)应Fe元素分(fen)布，判(pan)断为(wei)Fe基(ji)固(gu)溶(rong)体(ti)
。从图8(c)可以(yi)看(kan)出，界(jie)面处(chu)304焊缝(feng)侧，铜元素(su)分(fen)布很(hen)少(shao)。从(cong)图8(d)线扫描可以(yi)看(kan)出(chu)，304/Cu界面(mian)
处Fe，Cu，Al，Cr，Ni等元(yuan)素(su)在(zai)界(jie)面两(liang)侧(ce)变化(hua)剧烈(lie)；在(zai)304母(mu)材侧(ce)，Fe，Ni，Cr等元素含量(liang)稳(wen)定(ding)在一(yi)定(ding)
范围(wei)内(nei)，而Cu元(yuan)素(su)和Al元素(su)含量(liang)基(ji)本(ben)为(wei)零(ling)；在(zai)界(jie)面处Cu区(qu)一(yi)侧(ce)，Cu元素(su)含量(liang)急剧(ju)上(shang)升(sheng)，Al元(yuan)素含(han)量(liang)
稳(wen)定在(zai)一(yi)定(ding)范(fan)围内(nei)，而Fe，Cr，Ni等(deng)元素(su)降(jiang)低(di)至基本(ben)为零(ling)，Nb元(yuan)素(su)在(zai)304/Cu界面(mian)处(chu)的(de)含量(liang)也(ye)基(ji)本(ben)为零(ling)。
这说(shuo)明Cu基焊缝(feng)对(dui)Fe，Cr，Ni等元(yuan)素(su)的扩散有(you)良(liang)好(hao)的(de)抑(yi)制(zhi)效(xiao)果，有效隔离(li)了Nb与304不(bu)锈钢中(zhong)的Cr
，Ni和Fe元素的接触(chu)和反应(ying)。
图(tu)9为Nb/Cu界面(mian)的微(wei)观(guan)组(zu)织(zhi)及(ji)EDS扫(sao)描结果(guo)。
从图9(a)可以看出，Cu/Nb界面(mian)结合良好(hao)，由(you)于(yu)Nb的(de)熔(rong)点(dian)较(jiao)高(gao)，Nb熔化(hua)量(liang)较少，界面处(chu)形成(cheng)了(le)结(jie)晶
区，尺(chi)寸(cun)为(wei)30μm；结(jie)晶(jing)区(qu)显(xian)示(shi)，从Nb基体(ti)一(yi)侧(ce)生长(zhang)出(chu)针(zhen)片(pian)状组(zu)织(zhi)，向(xiang)Cu基(ji)焊(han)缝(feng)延伸。图(tu)9(b)显(xian)示(shi)
，结(jie)晶(jing)区的针片(pian)状(zhuang)组织(zhi)主(zhu)要(yao)由Nb元素(su)组(zu)成，针片(pian)状(zhuang)组织之间分布Cu元(yuan)素。图(tu)9(c)显(xian)示Cu元(yuan)素未(wei)扩(kuo)散(san)
到(dao)Nb基(ji)体。从(cong)图9(d)线扫(sao)描结果(guo)可以(yi)看出(chu)，Nb元素和Cu元(yuan)素(su)含量(liang)变化(hua)较(jiao)为(wei)明(ming)显(xian)，Cu元素在(zai)界面处(chu)急
速(su)降(jiang)低(di)，而Nb元(yuan)素(su)含量(liang)发(fa)生了(le)两次跳(tiao)跃性(xing)的变(bian)化(hua)，在(zai)结(jie)晶(jing)区含(han)量(liang)第(di)一次(ci)急速升(sheng)高(gao)，到达(da)Nb金属(shu)过(guo)渡段(duan)侧(ce)
后，Nb元(yuan)素含(han)量再次升高，界(jie)面(mian)两(liang)侧(ce)几(ji)乎不(bu)含(han)Cr，Ni和Fe元素(su)，Al元素主(zhu)要(yao)分布在(zai)Cu基焊(han)缝处，说明(ming)
Nb发(fa)生(sheng)了(le)微熔化，并且(qie)扩散距(ju)离(li)较短(duan)，主要(yao)在(zai)结晶区(qu)，这样(yang)Cu基(ji)焊(han)缝有效(xiao)阻挡(dang)了(le)Nb的(de)扩散(san)，防(fang)止(zhi)了Nb
与304不锈(xiu)钢(gang)中(zhong)的Cr，Ni和(he)Fe元素(su)接触和(he)反应。
2.4 组(zu)合连接接(jie)头拉伸(shen)性(xing)能(neng)分(fen)析
图(tu)10为(wei)TA1/304焊(han)接接(jie)头室温拉伸试样(yang)断裂(lie)图，超(chao)薄(bao)板(ban)TA1/Nb焊接(jie)接头抗(kang)拉(la)强度(du)为326MPa，断(duan)
后伸(shen)长率(lv)为(wei)18.5%，断裂位置在TA1母材上(shang)，超(chao)薄(bao)板304/Nb焊(han)接(jie)接头(tou)抗拉(la)强(qiang)度为467MPa，断(duan)后伸长(zhang)率为(wei)
22.1%，断裂位(wei)置(zhi)在(zai)Nb过渡段(duan)上(shang)。图11为TA1/304焊接(jie)接(jie)头室温拉伸(shen)断(duan)口(kou)形貌，两个接头(tou)断口处均分(fen)布(bu)
大(da)量等(deng)轴韧(ren)窝(wo)，断裂(lie)类型均(jun)为韧(ren)性(xing)断(duan)裂(lie)，TA1/Nb焊接接头TA1断(duan)口(kou)处韧窝(wo)尺寸较(jiao)小，韧(ren)窝深度较浅(qian)，
304/Nb焊接接(jie)头Nb断口处(chu)韧窝(wo)尺(chi)寸(cun)较(jiao)大。
3、结论(lun)
（1）设(she)计(ji)了(le)组合(he)连接工艺(yi)，使用(yong)Nb作为(wei)过渡(du)段，采用ERTi-1钛合(he)金焊丝(si)连接(jie)TA1/Nb板(ban)，采用(yong)
S214铝(lv)青铜焊(han)丝(si)连接Nb/304板(ban)，设定Nb/304板的(de)间(jian)隙(xi)为1mm，并(bing)将铝青(qing)铜(tong)焊(han)丝(si)指向Nb板(ban)一侧(ce)，形成(cheng)
TA1-Nb-Cu-304组合(he)连接(jie)结构(gou)，焊接(jie)过程(cheng)稳(wen)定，焊缝(feng)成形良好(hao)，焊缝(feng)分区明显，界面结(jie)合(he)良(liang)好，实现了冶(ye)金
结(jie)合。
（2）对于Nb/304焊(han)接(jie)接头，Fe/Cu界面(mian)处(chu)Cu基(ji)焊缝(feng)有(you)效阻(zu)挡(dang)了(le)Fe，Cr，Ni等元素的(de)扩散(san)，Nb/Cu
界面处(chu)Cu基(ji)焊缝(feng)有(you)效(xiao)阻挡(dang)了Nb元(yuan)素(su)的扩散，从而避免了(le)Nb与(yu)Cr，Ni和(he)Fe元素(su)接触和(he)反应(ying)，抑制(zhi)了(le)
金属(shu)间化(hua)合(he)物的生(sheng)成(cheng)。
（3）TA1/Nb焊接(jie)接头抗(kang)拉(la)强度(du)为(wei)326MPa，断(duan)后伸长率(lv)为18.5%，断(duan)裂(lie)位(wei)置(zhi)在TA1母材上，304/Nb
焊接接头抗拉强度(du)为(wei)467MPa，断后伸(shen)长(zhang)率(lv)为22.1%，断(duan)裂(lie)位(wei)置在(zai)Nb过(guo)渡段(duan)上。
参(can)考(kao)文(wen)献
［1］王(wang)廷(ting), 谢(xie)志(zhi)尚, 冯(feng)吉(ji)才, 等. 钛合(he)金(jin)与(yu)异(yi)种金属(shu)的高(gao)能束焊接研(yan)究(jiu)现状 [J]. 焊接,
2015(10): 18 − 22.
Wang Ting, Xie Zhishang, Feng Jicai, et al. Research status of high-energy
beam welding of titanium alloys with dissimilar metals[J].
Welding & Joining, 2015(10): 18 − 22.
［2］ 吕(lv)攀(pan), 王(wang)克(ke)鸿, 朱和(he)国. 钛合金(jin)与不(bu)锈(xiu)钢(gang)异(yi)种(zhong)金属焊(han)接的(de)研究(jiu)现状 [J]. 热加工工(gong)艺(yi), 2017,
46(13): 26 − 32.
Lv Pan, Wang Kehong, Zhu Heguo. Research Status
of titanium alloy and stainless steel dissimilar metal welding [J]. Hot Working Technology,
2017, 46(13): 26 − 32.
［3］ 郝晓(xiao)虎(hu). TC4 钛合(he)金(jin)/304 不锈钢薄(bao)板(ban)钨(wu)极(ji)氩(ya)弧焊(han)接(jie)头(tou)组织(zhi)及(ji)性(xing)能研(yan)究 [D]. 辽(liao)宁大连: 大连(lian)理
工(gong)大(da)学(xue), 2020.
Hao Xiaohu. Microstructure and mechanical properties
of TC4 titanium alloy/304 stainless steel sheets gas tungsten arc welded joint
[D]. Dalian, Liaoning, China: Dalian University of Technology, 2020.
［4］ 常(chang)敬欢, 曹睿(rui), 闫(yan)英(ying)杰. 钛(tai)合(he)金/不(bu)锈(xiu)钢(gang)冷(leng)金属过(guo)渡(du)焊(han)接(jie)头(tou)组织(zhi)及性能(neng) [J]. 焊接学(xue)报, 2021,
42(6): 44 − 51.
Chang Jinghuan, Cao Rui, Yan Yingjie. Microstructure and properties of
titanium alloy/stainless steel joint by cold metal
transfer joining technology[J]. Transactions of the China Welding
Institution, 2021, 42(6): 44 − 51.
［5］ 朱(zhu)瑞(rui), 李(li)国选(xuan), 汪月勇(yong), 等. TC4 钛合金-316L 不锈(xiu)钢真 空钎(qian)焊接(jie)头(tou)组织与性能(neng)研究(jiu) [J]. 有
色(se)金属(shu)工(gong)程(cheng), 2021,11(12): 8 − 14.
Zhu Rui, Li Guoxuan, Wang Yueyong, et al.
An investi-gation on microstructure and mechanical
properties of vacuum brazed TC4 titanium to 316L
stainless steel[J]. Nonferrous Metals Engineering, 2021, 11(12): 8 − 14.
［6］郭青(qing)蔚, 王(wang)桂(gui)生, 郭(guo)庚辰(chen). 常用(yong)有色(se)金属(shu)二(er)元合(he)金相图集[M]. 北(bei)京(jing): 化(hua)学工(gong)业(ye)出版(ban)社,
2010.
Guo Qingwei, Wang Guisheng, Guo Gengchen. Atlas
of commonly used non-ferrous metal binary alloy phase[M].Beijing, China: Chemical Industry
Press, 2010.
［7］ 余腾义(yi), 陈(chen)树海(hai), 刘(liu)珂(ke), 等. 钒作(zuo)中(zhong)间(jian)层的(de)TC4 钛合(he)金(jin)与(yu)316L不(bu)锈(xiu)钢双道(dao)激(ji)光(guang)焊接(jie) [J]. 钢(gang)铁钒(fan)
钛(tai), 2023, 44(2): 92 − 97.
Yu Tengyi, Chen Shuhai, Liu Ke, et al. Two
pass laser welding of TC4 titanium alloy and 316L stainless steel with vanadium
interlayer[J]. Iron Steel Vanadium Titanium, 2023, 44(2): 92 − 97.
［8］ Tomashchuk I, Grevey D, Sallamand P. Dissimilar
laser welding of AISI 316L stainless steel to Ti6-Al4-6V alloy via pure vanadium
interlayer[J]. Materials Science & Engi-neering: A, 2015, 622: 37 − 45.
［9］ Xia Yueqing, Dong Honggang, Hao Xiaohu, et al. Vacuum brazing of Ti6Al4V alloy to
316L stainless steel using a Ti-Cu-based amorphous filler metal[J].
Journal of Materials Processing Technology, 2019, 269: 35 − 44.
［10］ Jin Peng, Liu Yibo, Sun Qingjie, et al. Wetting mechanism and
microstructure evolution of TC4/304 stainless steel joined by
CMT with an assisted hybrid magnetic field[J].Journal of Alloys and Compounds, 2019, 819:
152951.
［11］ Song T F, Jiang X S, Shao Z Y, et al. Microstructure and mechanical
properties of vacuum diffusion bonded joints between Ti-6Al-4V
titanium alloy and AISI316L stainless steel using Cu/Nb multi-interlayer[J]. Vacuum, 2017,
145:68 − 76.
［12］ Cheng Zhi, Huang Jihua, Ye Zheng, et al. Butt brazing of titanium alloys/stainless
steel plates by MIG-TIG double-sided arc welding process with
copper filler metal[J].Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8
(1):1566 − 1570.
［13］ Adomako N K, Kim J O, Lee S H, et al. Dissimilar welding between Ti-6Al-
4V and 17-4PH stainless steel using a vanadium interlayer
[J]. Materials Science & Engineering:A, 2018, 732: 378 − 397.
［14］Zhang Y, Sun D Q, Gu X Y, et al. Nd: YAG pulsed laser welding of
TC4 Ti alloy to 301L stainless steel using Ta/V/Fe
composite interlayer[J]. Materials Letters, 2017,212: 54 − 57.
［15］ Li W, Yan L, Karnati S, et al. Ti-Fe intermetallics analysis and control in joining
titanium alloy and stainless steel by laser metal deposition[J]. Journal of Materials
Processing Technology, 2017, 242: 39 − 48.
［16］ Gao Yidi, Zhou Jianping, Zhang Yan, et al. Two pass laser welding of TC4 titanium
alloy and 304 stainless steel using TA2-Q235 composite interlayer[J]. Materials Letters,
2019,255: 126521.
［17］ Tomashchuk I, Sallamand P, Belyavina N, et al. Evolution of
microstructures and mechanical properties during dissimilar
electron beam welding of titanium alloy to stainless steel
via copper interlayer[J]. Materials Science & Engineering: A, 2013, 585: 114 − 122.
［18］ Fang Yongjian, Jiang Xiaosong, Song Tingfeng,
et al.Pulsed laser welding of Ti-6Al-4V titanium alloy to AISI 316L
stainless steel using Cu/Nb bilayer[J]. Materials Letters, 2019, 244:
163 − 166.
［19］ Pardal G, Ganguly S, Williams S, et al.
Dissimilar metal joining of stainless steel and
titanium using copper as transition metal[J]. The International Journal of
Advanced Manufacturing Technology, 2016, 86(5-8): 1139 − 1150.
［20］ 陈(chen)国庆(qing), 甘展华, 张戈(ge), 等(deng). 铌合金与(yu)不锈(xiu)钢异(yi)种金属(shu)焊(han)接(jie)技术研究进展(zhan) [J]. 航(hang)空制造(zao)技术,
2023, 66(19): 93 − 99.
Chen Guoqing, Gan Zhanhua, Zhang Ge, et al.
Research progress of welding technology between niobium alloy and stainless steel
dissimilar metal[J]. Aeronautical Manu-facturing Technology, 2023, 66(19): 93 − 99.
第(di)一作者： 郜(gao)雅楠，博士(shi)，讲(jiang)师；主(zhu)要(yao)从事轻质(zhi)耐(nai)热金属(shu)基(ji)复(fu)合(he)材(cai)料(liao)制备及(ji)连(lian)接(jie)等(deng)方向的(de)研究；
gaoyn@http://www.gzhwkf.com。
通(tong)信(xin)作者： 胡连海，博(bo)士，副教授；主(zhu)要从事(shi)高(gao)性(xing)能(neng)金属材料(liao)制(zhi)备及异(yi)种金属(shu)连接(jie)等方(fang)向的(de)研(yan)究；
lianhai_hu@http://www.gzhwkf.com。
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