引言(yan)
现(xian)代工业的(de)发(fa)展(zhan)对材(cai)料(liao)的性(xing)能提出(chu)了(le)更高(gao)要求,尤(you)其是(shi)高端装(zhuang)备制(zhi)造(zao)领(ling)域。在(zai)满足(zu)产品(pin)轻(qing)量化设(she)计(ji)的(de)同(tong)时,对(dui)材料(liao)的(de)强(qiang)度(du)、塑韧(ren)性、稳(wen)定性、耐(nai)蚀性等(deng)物理(li)化(hua)学性(xing)能要(yao)求日(ri)益(yi)提高。Ti∕Al异(yi)种(zhong)金(jin)属(shu)材料的复合(he)构(gou)件(jian)结合(he)了2种(zhong)合金的(de)优(you)势,既满足(zu)了(le)物理化(hua)学性能的(de)要(yao)求,又使(shi)非(fei)关(guan)键部(bu)位(wei)使用(yong)铝合金材料降(jiang)低了(le)成本、实(shi)现了(le)轻量化(hua)设(she)计(ji),兼(jian)顾(gu)了(le)材料(liao)的(de)使用性(xing)能(neng)和经(jing)济(ji)效(xiao)益(yi),具有(you)广(guang)泛的(de)应(ying)用前(qian)景[1-2]。
由(you)于钛(tai)合(he)金和铝合(he)金(jin)的(de)化学成分(fen)、物理(li)化学(xue)性(xing)能、晶(jing)体(ti)结(jie)构(gou)等(deng)存在较(jiao)大差异(yi),采(cai)用(yong)传(chuan)统(tong)焊接(jie),其(qi)焊(han)接过程(cheng)中(zhong)2种(zhong)金(jin)属(shu)熔(rong)化混合(he)发(fa)生冶金反(fan)应(ying)生(sheng)成大(da)量(liang)脆(cui)性(xing)的(de)钛-铝(lv)金(jin)属间(jian)化合物[3],难以(yi)实(shi)现(xian)有效连接。针对(dui)Ti∕Al异(yi)种合(he)金(jin)连接(jie)的研究主要集(ji)中在控制连接(jie)过(guo)程中脆性(xing)金(jin)属(shu)间(jian)化(hua)合(he)物(wu)的形成(cheng)。目(mu)前(qian)常见(jian)的方(fang)法(fa)主(zhu)要有2种(zhong):一(yi)种是(shi)通过在过(guo)渡层中加(jia)入合金(jin)元素(su)抑制脆性(xing)金(jin)属(shu)间(jian)化合(he)物(wu)的形(xing)成[4];另(ling)一(yi)种(zhong)是优化(hua)焊(han)接方法避免(mian)Ti∕Al异种(zhong)合金(jin)大(da)量熔融(rong)结(jie)合,如(ru)熔钎焊[5-6]、钎焊(han)[7]、超(chao)声(sheng)波焊(han)[8]、复(fu)合(he)焊等(deng)[9]。
本文采用MIG电(dian)弧(hu)熔钎焊的方(fang)法(fa),建立(li)合适(shi)的数(shu)学模型,探(tan)究(jiu)焊接(jie)过(guo)程中的温(wen)度、应力(li)变化,优化焊(han)接(jie)工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)。结合(he)焊缝金属化(hua)学(xue)元(yuan)素的(de)相互(hu)影响(xiang),选择(ze)合适的(de)填充(chong)金属,探究(jiu)焊(han)接接头(tou)界(jie)面(mian)行为。
1、模(mo)型(xing)建(jian)立及(ji)热源(yuan)校(xiao)核
模型(xing)建立(li)与(yu)试验中(zhong)采(cai)用(yong)的钛合(he)金与铝(lv)合金的板(ban)材(cai)尺寸(cun)相同(tong):为(wei)100mm×50mm×2.5mm,接(jie)头(tou)形(xing)式(shi)为开(kai)45°的(de)V形(xing)坡(po)口(kou)的对(dui)接(jie)接头(tou),装(zhuang)配(pei)时无(wu)预(yu)留(liu)间(jian)隙(xi)。模型(xing)及网(wang)格(ge)划分(fen)如图(tu)1所(suo)示。
模(mo)型建立后(hou),需要对(dui)模(mo)型(xing)的(de)可(ke)靠性进行(xing)验证(zheng),本次研(yan)究(jiu)采(cai)用熔(rong)池边界准则。通过(guo)计算(suan),可得(de)到(dao)热源模(mo)型(xing)在不(bu)同(tong)参(can)数(shu)下(xia)的(de)焊(han)缝(feng)截(jie)面形貌(熔(rong)宽、熔(rong)深)与试验所(suo)得焊(han)缝(feng)对比(bi),确(que)保模(mo)型(xing)的(de)准(zhun)确适用性(xing)。
在(zai)保证其(qi)他变(bian)量(liang)相同的(de)情况下(xia),选取焊接(jie)热(re)输(shu)入参(can)数:焊(han)接电流(liu)110A,焊(han)接电压15V,焊(han)接(jie)速(su)度10mm∕s进行计(ji)算(suan),结果(guo)如图(tu)2所(suo)示(shi)。
以(yi)温度(du)分布660℃作(zuo)为实际(ji)接(jie)头(tou)铝(lv)侧熔(rong)合线与模拟(ni)结果温(wen)度分(fen)布基(ji)本(ben)吻合,焊(han)缝(feng)熔(rong)宽和(he)熔(rong)深(shen)基(ji)本相(xiang)同,由于(yu)模拟(ni)过(guo)程中未(wei)考(kao)虑(lv)液态金(jin)属的流动,以(yi)致焊(han)缝边(bian)缘(yuan)部分略(lve)有差(cha)距(ju)。
2、温度场(chang)分(fen)析(xi)
2.1 热(re)输入(ru)
Ti∕Al异(yi)种(zhong)金属(shu)进(jin)行焊接时,既要保证填(tian)充(chong)金(jin)属(shu)和(he)铝合金(jin)的(de)充分熔(rong)合,又(you)要使温(wen)度保(bao)持(chi)在(zai)钛(tai)合(he)金熔点以下(xia)的(de)较高(gao)温(wen)度,促进液(ye)态混(hun)合金(jin)属在(zai)钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面(mian)铺(pu)展(zhan)润湿形(xing)成钎焊(han)连(lian)接。此外(wai),由于(yu)异种(zhong)金属(shu)在(zai)热物理性(xing)等方(fang)面的差(cha)异,导致(zhi)焊接(jie)过程(cheng)温度(du)场(chang)分(fen)布状态(tai)与传(chuan)统的熔(rong)焊(han)和(he)钎焊不同(tong)。因(yin)此,焊接(jie)热输入、电弧(hu)偏(pian)移等(deng)焊(han)接工(gong)艺(yi)参(can)数对(dui)焊(han)接(jie)接头(tou)温度场(chang)、应(ying)力(li)、变(bian)形及焊缝(feng)成形(xing)有(you)着重(zhong)要(yao)影(ying)响。
结(jie)合(he)前期试(shi)验(yan)分析,采(cai)用焊(han)接电(dian)压为15V,焊(han)接速(su)度为10mm∕s,焊接电(dian)流(liu)分别为(wei)90,100,110,120A等4种(zhong)不同(tong)焊(han)接热输(shu)入(ru)参数进(jin)行(xing)分(fen)析,焊接过(guo)程同(tong)一(yi)时刻的(de)温(wen)度(du)场、应(ying)力场分布如图(tu)3,4所(suo)示(shi)。
整(zheng)体来看,不同热输(shu)入(ru)下(xia)的(de)温度场(chang)分(fen)布(bu)均(jun)为近(jin)椭圆形(xing),焊(han)接进(jin)入准静(jing)态过(guo)程(cheng),由(you)于钛合金和(he)铝合金热(re)导率(lv)相(xiang)差较(jiao)大,焊(han)缝(feng)两(liang)侧(ce)温度(du)场呈现明(ming)显(xian)的(de)非(fei)对称(cheng)分(fen)布(bu):铝合(he)金一侧等温线(xian)稀(xi)疏(shu),高温区(qu)域宽(kuan),温(wen)度(du)梯(ti)度较小(xiao);钛(tai)合(he)金一(yi)侧(ce)等(deng)温线(xian)密(mi)集,高温区(qu)域(yu)窄(zhai),温度梯度(du)较大。
对比不(bu)同热输入下熔(rong)钎焊接(jie)头(tou)温度场的分布,随(sui)着(zhe)热(re)输入的(de)增大,焊(han)缝温(wen)度随之升高(gao),钛(tai)合(he)金一侧温(wen)度(du)梯(ti)度(du)明显(xian)加大(da),当(dang)热输(shu)入(ru)为1.44kJ∕cm时,最(zui)高温(wen)度(du)达到了(le)1686℃,超过了TC4钛(tai)合金(jin)的(de)熔(rong)化(hua)温度(du),铝(lv)合金高(gao)温(wen)区(qu)范(fan)围扩大,铝(lv)合金(jin)母材也将(jiang)发生(sheng)大(da)量熔化(hua)。
观察(cha)接头横截(jie)面(左侧为钛(tai)合金,右(you)侧(ce)为铝合(he)金(jin))温(wen)度(du)场分布,沿(yan)厚度方向的(de)温度梯(ti)度(du)随(sui)热输(shu)入的增(zeng)加也(ye)随之(zhi)增加(jia),热(re)输入(ru)较(jiao)小时,钛合(he)金一侧熔池深(shen)度(du)较小(xiao),底部温(wen)度(du)仅(jin)为(wei)600℃左(zuo)右(you),同时钛(tai)合金(jin)表面(mian)温(wen)度(du)较低,不(bu)利于填充(chong)金属(shu)熔(rong)化(hua)并(bing)在钛(tai)合(he)金(jin)表(biao)面铺展润(run)湿,实际焊接中(zhong)存在根部未熔(rong)合(he)现(xian)象。随着(zhe)热输入的(de)增加(jia),虽(sui)然(ran)钛(tai)合(he)金(jin)一侧整(zheng)体(ti)温(wen)度(du)保(bao)持(chi)在1600℃以(yi)下(xia)的较(jiao)高(gao)温度不会(hui)发(fa)生(sheng)大量(liang)熔(rong)化,但铝合(he)金(jin)母材高温区(qu)范围较大(da),实际焊(han)接(jie)过(guo)程中会出现塌陷(xian)、烧穿(chuan)等焊(han)接(jie)缺(que)陷(xian)。当(dang)热输(shu)入(ru)为(wei)1.32kJ∕cm时(shi),铝(lv)合金(jin)母材(cai)高(gao)温(wen)区(qu)较(jiao)窄(zhai),钛(tai)合(he)金(jin)界面温(wen)度分布(bu)均匀,沿(yan)接(jie)头(tou)厚(hou)度方向(xiang)温差(cha)较小(xiao),整(zheng)体保持(chi)在1300℃左右,有(you)利(li)于(yu)促(cu)进钎(qian)焊进(jin)行,形成厚度均(jun)匀的(de)钎焊界(jie)面(mian)。因此,通(tong)过调节焊接(jie)电(dian)流(liu)控(kong)制(zhi)焊(han)接(jie)热输(shu)入(ru)时(shi),选(xuan)择(ze)1.32kJ∕cm的热输入获得(de)的(de)焊接(jie)温度场分布(bu)更为(wei)合(he)理。
从图4整(zheng)体来(lai)看(kan),表(biao)现(xian)出由温(wen)度场(chang)不(bu)均、异(yi)质材料(liao)热物(wu)性参数(shu)相(xiang)差(cha)较大(da)引(yin)起(qi)的(de)应(ying)力场(chang)在(zai)熔池两(liang)侧呈(cheng)现非(fei)对(dui)称分布,钛合(he)金(jin)一侧近焊(han)缝(feng)区域(yu)主要是焊接热(re)影(ying)响(xiang)区,其(qi)为应(ying)力(li)集中区(qu),熔(rong)池前(qian)方(fang)金属由于(yu)受热膨(peng)胀(zhang)遭到(dao)周(zhou)围冷金(jin)属(shu)约(yue)束(shu),也(ye)形(xing)成了高(gao)应力(li)区(qu)。随(sui)着热输(shu)入(ru)的(de)增加(jia),金属(shu)受热(re)膨(peng)胀加(jia)大(da),尤其是钛(tai)合金一(yi)侧(ce)未(wei)发生(sheng)熔(rong)化且(qie)屈服强(qiang)度较(jiao)高(gao),不(bu)易(yi)发(fa)生(sheng)变(bian)形,应力(li)值(zhi)不(bu)断增加,200~300MPa的高(gao)应(ying)力区范围(wei)明(ming)显(xian)扩(kuo)大。当热输入(ru)达(da)到1.44kJ∕cm时(shi),最大应力(li)出现(xian)在熔池周(zhou)围的(de)钛合(he)金处(chu),达(da)到300MPa。从(cong)图(tu)4可(ke)知(zhi),随(sui)着焊接热(re)输入的增加,最大(da)应力(li)值不断增(zeng)加(jia),高应力(li)区(qu)的范(fan)围(wei)逐渐扩(kuo)大。
2.2 电弧偏移(yi)
为保(bao)证(zheng)焊接过程中温度分(fen)布能使铝(lv)合金一(yi)侧熔化发生熔(rong)焊(han)结合(he),同时(shi)使(shi)钛(tai)合金(jin)一侧(ce)保(bao)持在钛(tai)合金熔化(hua)温(wen)度(1667℃)以下的(de)较高温(wen)度,考虑(lv)改(gai)变(bian)电(dian)弧的作(zuo)用位置,探(tan)究(jiu)加热位(wei)置(zhi)对焊接(jie)接(jie)头温度(du)分布的影(ying)响。选取(qu)焊接电(dian)流(liu)110A,焊(han)接(jie)电压15V,焊接速(su)度(du)10mm∕s,以焊(han)道中线偏移为0,相对(dui)于(yu)焊(han)缝中(zhong)心(xin)线(xian)不(bu)同(tong)偏(pian)移(yi)条件下(xia),焊接接头(tou)横截(jie)面的(de)温度(du)场(chang)、应力(li)场分布如图5所示(shi)。
整(zheng)体来(lai)看,不同(tong)电弧(hu)偏移量(liang)下(xia)的温(wen)度分(fen)布(bu)基本相(xiang)同(tong),峰值(zhi)温度(du)为1500℃左(zuo)右。以(yi)向(xiang)铝(lv)合(he)金(jin)一(yi)侧(ce)偏(pian)移(yi)为(wei)正(zheng),如(ru)图5a所(suo)示(shi),当(dang)焊(han)接(jie)热源向钛合(he)金(jin)一(yi)侧(ce)偏(pian)移(yi)0.5mm时,钛合金(jin)一侧沿(yan)厚度(du)方向温(wen)度(du)梯度(du)加剧,坡口(kou)附近(jin)整(zheng)体温(wen)度(du)较高(gao),温(wen)度最高位(wei)置(zhi)为(wei)顶部(bu),达到1550℃。焊(han)接(jie)过(guo)程中(zhong)钛(tai)合金(jin)可(ke)能会发(fa)生熔(rong)化,和焊(han)缝金(jin)属(shu)元(yuan)素结合,产(chan)生(sheng)大量脆(cui)性化(hua)合物,不利于焊(han)接(jie)。如图5b所示(shi),当焊(han)接热源位于(yu)焊(han)接(jie)中心(xin)线(xian)时(shi),钛(tai)合(he)金(jin)钎焊(han)界面温(wen)度基(ji)本均(jun)匀(yun),最(zui)高温(wen)度(du)低于(yu)钛(tai)合金(jin)熔(rong)点(dian),但(dan)沿厚(hou)度(du)方(fang)向钛合金一(yi)侧中(zhong)上(shang)部(bu)和底(di)部(bu)高(gao)温(wen)区范(fan)围(wei)存(cun)在一定(ding)差(cha)异,这(zhe)会(hui)导致(zhi)钛(tai)合(he)金中(zhong)上部钎(qian)焊(han)界(jie)面冶(ye)金反应(ying)时(shi)间长(zhang)于下部,钎(qian)焊(han)界(jie)面(mian)化(hua)合物(wu)分(fen)布(bu)不(bu)均匀。如图5c所示(shi),当(dang)焊(han)接(jie)热源向铝合(he)金一侧(ce)偏移(yi)0.5mm时(shi),钛(tai)合金钎(qian)焊(han)界面附近温度分(fen)布均匀,不存在明显的温(wen)度梯度(du),等温线(xian)几(ji)乎(hu)和钛合金(jin)表(biao)面平行(xing),整(zheng)体处(chu)于合(he)理的(de)温度(du)范围,有利(li)于(yu)沿(yan)厚度(du)方(fang)向形(xing)成厚(hou)度、物(wu)相(xiang)成分一(yi)致(zhi)的化(hua)合物(wu),有助于(yu)冶金反应(ying)产(chan)生组(zu)织均匀的(de)钎(qian)焊界面(mian)层(ceng)。如图(tu)5d所示,当焊(han)接(jie)热(re)源(yuan)向(xiang)铝(lv)合金(jin)一(yi)侧(ce)偏(pian)移1mm时(shi),钎(qian)焊界(jie)面沿厚(hou)度(du)方向存在较大温(wen)度(du)梯度(du),界(jie)面(mian)与(yu)等温线相(xiang)交(jiao),可(ke)能导(dao)致钎焊(han)界(jie)面(mian)形貌、物(wu)相组(zu)成(cheng)、厚度等存(cun)在(zai)沿(yan)厚度方向(xiang)突(tu)变(bian)的现象,影(ying)响接头质量(liang)。
图6为不同电(dian)弧(hu)偏(pian)移量(liang)的(de)焊(han)接(jie)应力(li)场分布。
从(cong)图(tu)6可见(jian),当电弧向钛合(he)金(jin)一侧(ce)偏移0.5mm时(shi),结(jie)合(he)温度场(chang)钛合(he)金一侧(ce)横(heng)向(xiang)和厚(hou)度(du)方向均(jun)存(cun)在(zai)较(jiao)大(da)的(de)温度梯(ti)度,钛(tai)合(he)金(jin)受(shou)热不均(jun)匀,高温(wen)区(qu)直(zhi)接(jie)加(jia)热(re)的钛(tai)合(he)金部分(fen)受(shou)热(re)膨胀加(jia)剧,受(shou)周围(wei)冷(leng)金属(shu)阻碍,应力(li)最(zui)大达到(dao)320MPa。从图6b,c,d可(ke)见,当电弧向(xiang)铝合(he)金(jin)一侧偏(pian)移时,受热(re)铝合(he)金发(fa)生(sheng)熔化(hua),应力(li)几(ji)乎(hu)为0,而钛合金一(yi)侧温度梯度减(jian)小,应(ying)力降低(di),应(ying)力集(ji)中(zhong)区(qu)范(fan)围减小(xiao)。
3、组织(zhi)分(fen)析(xi)
在进行(xing)Ti∕Al异(yi)种金属(shu)MIG电弧(hu)熔(rong)钎焊时,钛合(he)金(jin)与焊(han)缝(feng)之(zhi)间熔(rong)融(rong)的(de)填(tian)充金(jin)属(shu)通过(guo)元(yuan)素(su)扩散(san)形成(cheng)钎(qian)焊界(jie)面(mian)反应层达(da)到(dao)冶金结(jie)合(he),属(shu)于局(ju)部(bu)钎焊。铝(lv)合(he)金(jin)母(mu)材局(ju)部(bu)熔(rong)化(hua)与填(tian)充金属(shu)完全熔(rong)合,形成(cheng)局部熔(rong)焊(han)接(jie)头。通(tong)过相关(guan)文献及(ji)试验(yan)探(tan)究(jiu)选用(yong)Si含(han)量(liang)较高(gao)的Al-Si系(xi)焊丝ER4043铝(lv)基焊丝(si)进行(xing)进(jin)一步(bu)试(shi)验(yan)。试(shi)验(yan)参数为:焊(han)接(jie)电流(liu)110A,焊(han)接(jie)电(dian)压为15V,焊接速(su)度10mm∕s。焊(han)缝成形及焊接接头(tou)宏观(guan)形貌如(ru)图7所示(shi)。
从(cong)图(tu)7可(ke)看(kan)出,焊(han)缝(feng)表面成形(xing)良(liang)好,无明显(xian)焊接(jie)缺(que)陷,焊(han)缝(feng)两侧(ce)形(xing)貌(mao)有(you)明显(xian)差异(yi),焊(han)接接头呈现(xian)钛(tai)合金、焊缝(feng)、铝合金(jin)3个区域(yu)。2A12铝(lv)合金(jin)一侧呈现典(dian)型(xing)的熔化焊接(jie)头(tou)形貌:有明显的焊(han)缝、熔(rong)合(he)区、母(mu)材(cai)区域(yu)划(hua)分。TC4钛合(he)金(jin)一(yi)侧(ce)没(mei)有发现肉眼可(ke)见(jian)的(de)熔(rong)化,母材(cai)轮(lun)廓(kuo)清(qing)晰可见(jian),有明(ming)显(xian)的界(jie)面区域。钎焊(han)界面(mian)处熔(rong)化的(de)金属(shu)沿(yan)钛合(he)金(jin)坡口充分(fen)铺(pu)展(zhan)呈(cheng)现(xian)典型(xing)的(de)钎(qian)焊接头(tou)形式。整(zheng)体来(lai)说(shuo),在合(he)理(li)的焊接(jie)参(can)数(shu)下(xia),接头成形良(liang)好,焊缝(feng)填(tian)充致(zhi)密(mi),未发(fa)现明显裂纹(wen)、气孔(kong)、未熔(rong)合等(deng)焊(han)接缺陷(xian)。钛(tai)合金一侧(ce)液态(tai)金属铺(pu)展良好,呈现(xian)“包裹(guo)”钛合(he)金(jin)趋(qu)势(shi)。
为进一(yi)步(bu)探究(jiu)焊(han)缝(feng)界(jie)面(mian)特征(zheng),采(cai)用(yong)光学显(xian)微(wei)镜和扫(sao)描电子(zi)显(xian)微(wei)镜对两侧(ce)焊缝(feng)区(qu)域进(jin)行分(fen)析,得(de)到(dao)的(de)铝(lv)合(he)金一(yi)侧(ce)焊(han)缝(feng)组(zu)织如(ru)图8所示(shi),钛(tai)合(he)金一(yi)侧(ce)焊(han)缝(feng)组织如(ru)图9所示。
从(cong)图8a可知,焊接接(jie)头呈(cheng)现明(ming)显(xian)的熔化(hua)焊(han)接头组(zu)织(zhi)特征。白线中(zhong)间(jian)部(bu)分为熔(rong)合(he)区(qu),柱(zhu)状晶(jing)组(zu)织(zhi)明显(xian),且基(ji)本垂直(zhi)于(yu)熔合区,柱(zhu)状晶(jing)组(zu)织之(zhi)间(jian)存(cun)在(zai)少量共(gong)晶组织(zhi)。由图8b可(ke)见(jian),有(you)Al-Si焊(han)丝(si)填(tian)充形成的(de)熔焊(han)接(jie)头(tou)内(nei)部(bu)呈现典(dian)型的Al-Si合(he)金(jin)铸(zhu)造(zao)态组织,其晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)粗大(da),晶(jing)界(jie)处(chu)存(cun)在(zai)一(yi)定数(shu)量的(de)共(gong)晶组织(zhi)。由(you)于Si的(de)加入(ru)能(neng)够(gou)有效地(di)降低铝(lv)合金(jin)的熔点(dian),因(yin)此推断(duan)晶界(jie)处(chu)深(shen)色(se)共晶组织(zhi)为(wei)Al-Si共晶(jing)相。
由(you)图9a可(ke)见,钎(qian)焊(han)层(ceng)界面附(fu)近(jin)焊(han)缝(feng)组织形貌(mao)与铝合金(jin)融合区附近焊(han)缝(feng)组织(zhi)基(ji)本(ben)相(xiang)同(tong),呈铸造(zao)态组织。由粗大的(de)α-Al晶粒(li)和(he)晶界(jie)处(chu)的Al-Si共(gong)晶组织组成,越靠(kao)近钎焊层(ceng)一侧,晶粒(li)尺寸越大。在(zai)晶粒(li)内(nei)部存在(zai)少量(liang)尺(chi)寸(cun)较大的(de)短棒状(zhuang)灰色析(xi)出(chu)相。图(tu)9b,c分(fen)别为(wei)钎焊(han)界(jie)面(mian)上部电弧(hu)直接(jie)加(jia)热(re)区(qu)域(yu)和(he)沿(yan)厚(hou)度方向(xiang)钎焊界(jie)面(mian)中下部(bu)显(xian)微(wei)组(zu)织。钎焊界面(mian)直(zhi)接(jie)加热区(qu)未(wei)发(fa)现钛合金(jin)大(da)量(liang)熔化(hua)或未熔合(he)现象。钎(qian)焊界(jie)面呈(cheng)现多层结(jie)构,由锯齿状反应(ying)层、中间(jian)灰(hui)白色(se)反(fan)应(ying)层(ceng)和灰(hui)暗(an)色薄层(ceng)组(zu)成(cheng)。其(qi)中,灰白色反(fan)应层厚(hou)度均匀,接(jie)头(tou)上部(bu)反应层(ceng)较厚,由(you)此可推(tui)测接(jie)头(tou)上(shang)部钛合(he)金受电(dian)弧直接(jie)加(jia)热(re)发生(sheng)了(le)微量熔化,导致形(xing)成(cheng)了(le)一定(ding)厚(hou)度的(de)钛铝熔合(he)区(qu),熔合(he)区(qu)内应(ying)为(wei)Ti∕Al液态(tai)混合形成的(de)一(yi)系(xi)列金(jin)属间化(hua)合(he)物(wu)。熔合(he)区和(he)钛合(he)金之间的(de)界(jie)面为灰暗(an)色(se)、平(ping)直(zhi)的(de)薄(bao)层,基(ji)本无组(zu)织过渡(du)。
最外(wai)层锯(ju)齿(chi)状的界面增(zeng)大(da)了与(yu)熔融焊缝金属的(de)接触(chu)面积,可有(you)利(li)于(yu)提(ti)高结(jie)合(he)强(qiang)度。
4、结论
针对(dui)Ti∕Al异种(zhong)合(he)金MIG电弧(hu)熔(rong)钎焊(han)工(gong)艺(yi),通(tong)过建立(li)可(ke)靠(kao)的有限元(yuan)模型,对焊(han)接(jie)过(guo)程(cheng)中瞬态温度(du)场、应(ying)力(li)场变化(hua)进(jin)行(xing)了分析(xi)。采用(yong)优化的(de)焊(han)接工艺(yi)参数进(jin)行(xing)试(shi)验(yan),探究焊(han)接(jie)接(jie)头(tou)界面形态(tai),得(de)出以(yi)下结论(lun):(1)熔钎焊过(guo)程(cheng)中(zhong)两侧温度(du)场、应力(li)场(chang)呈非(fei)对(dui)称式分(fen)布。钛合金一(yi)侧(ce)温度梯度(du)较(jiao)大(da),焊缝附近应(ying)力(li)集中现象较为(wei)明(ming)显(xian)。焊接(jie)热(re)输入(ru)、电弧(hu)偏移量(liang)对(dui)焊接过(guo)程的(de)影(ying)响(xiang)表(biao)现(xian)在钛(tai)合金(jin)界面(mian)的温度(du)梯度变(bian)化。
优化后合理的(de)工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)为(wei):焊接(jie)电(dian)流(liu)110A,焊(han)接(jie)电(dian)压15V,焊(han)接(jie)速度(du)10mm∕s,电(dian)弧向铝合(he)金一(yi)侧(ce)偏(pian)移(yi)0.5mm。(2)采用(yong)优化(hua)的工(gong)艺(yi)参数进(jin)行(xing)试验,焊(han)缝(feng)成形良好(hao),接(jie)头(tou)熔(rong)钎焊(han)特征(zheng)明(ming)显(xian)。焊缝(feng)钛(tai)合金(jin)界(jie)面电弧直(zhi)接加热区(qu)域(yu)发(fa)生(sheng)微(wei)量(liang)熔化,形(xing)成具(ju)有一定(ding)厚度(du)的多层(ceng)结构熔(rong)合区。钎焊截(jie)面(mian)周(zhou)围(wei)焊(han)缝中存在一定数(shu)量(liang)的棒状(zhuang)、块状(zhuang)的(de)析(xi)出相,推测为(wei)Ti∕Al金属(shu)间(jian)化(hua)合物(wu)。
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作者(zhe)简(jian)介(jie): 汪保(bao)良(liang) (1982—), 男, 硕(shuo)士(shi), 高(gao)级(ji)工(gong)程(cheng)师, 主要从事特(te) 种设(she)备检(jian)验(yan)检(jian)测(ce)、 结构应力测试(shi)、 失效分析等方面(mian)的(de)科(ke)研工作(zuo), 发(fa) 表论(lun)文(wen) 10 余篇.
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