铝/钛异种金属激光焊接研究

论文摘要

本文采用3500W板条式扩散冷却CO2激光器,利用激光深熔钎焊原理对3mm厚6061铝合金和TC4钛合金进行异种金属激光焊接。将激光束直接作用在铝合金一侧,通过铝合金的熔化来形成熔池,钛合金在焊接过程基本维持固态。液态铝合金铺展浸润钛合金界面,形成钎焊接头。通过改变焊接速度、偏焦量、离焦量以及偏转角度等工艺参数,研究了不同工艺参数对焊缝成形的影响以及与焊缝上下熔宽、背宽比与焊缝面积的对应关系。研究了激光深熔钎焊接头组织、界面,以及不同工艺参数对力学性能的影响。在合适的工艺条件下,得到的焊接接头外观成形均匀一致,焊缝与母材实现了很好的冶金结合。但是由于铝合金和钛合金物理性质的差异,在焊接过程中当界面温度过高时,容易造成高熔点母材钛合金的部分熔化,形成过厚的金属间化合物层而导致裂纹产生。此外,在对焊接接头的分析中,发现均存在不同程度的未熔合现象。研究认为:当焊接速度较慢而偏焦量较小时可以有效地避免未熔合现象的产生。采用适当的离焦量和偏转角度也可以减少界面的未熔合率。通过对焊接接头进行金相显微镜,SEM以及XRD分析发现:当焊接速度较慢时,焊缝的组织为细小的等轴晶;当焊接速度较快时,焊缝的组织为更细小的枝状晶。铝/钛合金界面处可以观察到明显的金属间化合物层,金属间化合物层厚度从焊缝顶部到底部呈现先增大后减小的趋势,最大厚度不超过2微米。铝元素与钛元素在反应区得到了良好的扩散,没有出现成分的骤降。反应区的金属间化合物主要为Al2Ti,Al3Ti。实验后利用拉伸试验对焊接接头进行力学性能评价,得到的接头最高强度为217MPa。利用激光深熔钎焊的原理,有效的实现了异种金属铝合金和钛合金的连接。通过工艺参数的优化,可以控制金属间化合物层的厚度,解决未熔合现象,进一步提高铝/钛焊接接头的力学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 铝/钛异种合金焊接发展现状
• 1.2.1 真空钎焊
• 1.2.2 扩散焊
• 1.2.3 爆炸焊
• 1.2.4 搅拌摩擦焊
• 1.3 铝/钛异种合金激光焊接发展现状
• 1.3.1 激光焊接优势
• 1.3.2 激光焊接在异种金属中的应用
• 1.3.3 激光焊接在铝/钛异种合金中的应用
• 1.4 课题的来源及主要研究内容
• 第2章 实验材料及方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 预处理方法
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验方法
• 2.5 组织成分分析
• 2.6 性能评估
• 第3章 工艺参数对焊缝成形的影响
• 3.1 铝/钛激光深熔钎焊焊缝形貌
• 3.2 焊接速度对焊缝成形的影响
• 3.3 偏焦量对焊缝成形的影响
• 3.4 离焦量对焊缝成形的影响
• 3.5 偏转角度对焊缝成形的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 工艺参数对接头组织性能的影响
• 4.1 接头组织分析
• 4.2 接头界面分析
• 4.2.1 界面显微组织结构
• 4.2.2 界面成分分析
• 4.2.3 界面物相分析
• 4.3 焊接接头力学性能分析
• 4.3.1 焊接速度的影响
• 4.3.2 偏焦量的影响
• 4.3.3 离焦量的影响
• 4.3.4 偏转角度的影响
• 4.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢