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  • 1 # 夏未央樂

    鈦和鈦合金與不鏽鋼焊接的主要難點是:1.熔點差距大,約150℃,會造成Fe流失,合金元素燒損或蒸發,使焊接接頭難以焊合;2.鐵與鈦極易生成金屬間化合物,如TiFe、TiFe2、Ti2Fe等,另外不鏽鋼中的合金元素鉻和鎳也能夠與鈦形成脆性的金屬間化合物,同時鈦還是強碳化物形成元素,與鋼中的碳會化合形成形成脆性的TiC。鈦、鐵、鉻和鎳之間還可能形成多元複合脆性金屬間化合物,由於金屬間化合物具有較大的脆性使接頭脆化,在焊接應力的作用下容易導致焊縫產生裂紋甚至斷裂,導致接頭的塑性和高溫效能變差。3. 二者熱導率、比熱容和線膨脹係數的差異大,導致焊縫晶粒粗大,焊接變形大。目前,鈦和鈦合金與不鏽鋼焊接採用的方法有:爆炸焊、摩擦焊、釺焊、閃光對焊、擴散焊。爆炸焊連線鈦/鋼的接頭強度較高,實現了接頭的“等強度性”,目前已應用於實際生產中。但是介面處形成TiFe、TiFe2以及TiC等脆性相,削弱了接頭的塑性,而且接頭的熱穩定性較差,焊接變形大,不適合用來焊接引帶。鈦和鈦合金與不鏽鋼的釺焊需要在真空或氬氣保護下進行,主要是用來焊接精密的、微型或結構複雜的焊件。另外,釺焊接頭比母材的強度要低得多,不適合在負載較大的環境下工作。閃光對焊在接頭型式上搭接焊接,可以滿足接頭強度要求,但是對軋輥傷害非常大。有人選用13um鎳箔作為鈦/不鏽鋼的中間層過渡金屬,在850℃、10~20 MPa、10~15 min時進行擴散連線,其接頭抗拉強度可達380MPa,剪下強度可達146 MPa,且構件無明顯變形;也有人對TA17和321不鏽鋼進行脈衝加壓擴散連線:連線溫度T=875℃、脈衝壓力P=8~50MPa、脈衝次數N=30次、脈衝頻率f=0.5Hz、脈衝前保溫時間t1=0s、脈衝後保溫時間t2=120s,強度達到321MPa。過渡層也可選用釩一銅雙層過渡金屬,因為銅是非碳化物形成元素,而且銅與釩以及鐵、鉻、鎳之間均不形成金屬間化合物,在連線溫度900℃,連線壓力10 MPa,焊接時間20min時,接頭強度可高達540 MPa,低匹配的銅的厚度對接頭強度影響較大,必須選擇合適的銅層厚度,一般在20~30um。但是鈦和鈦合金與不鏽鋼擴散焊時需真空或者氬氣保護,不適合板/卷材對焊。摩擦焊焊接鈦/鋼能獲得拉伸、疲勞強度均較高的接頭,但接頭的彎曲塑性和衝擊韌性較差,而且摩擦焊時的變形量較大,摩擦焊工件截面大小有限,主要是用於有夾持端的軸杆焊接。其中攪拌摩擦焊已成為鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金以及鋁基複合材料等材料的板狀對接或搭接的連線的優先選擇焊接方法;目前,攪拌摩擦焊成功地實現了不鏽鋼、鈦合金甚至高溫合金的優質連線,但主要還是處於研究階段。不鏽鋼攪拌摩擦焊一個重要的難點是確定不鏽鋼攪拌摩擦焊摩擦頭的材料。不鏽鋼攪拌摩擦焊摩擦頭材料要求在1000℃或更高溫度下具有好的耐磨性和韌性。國外對不鏽鋼攪拌摩擦焊的系統研究還不是很多,只是對304不鏽鋼進行初步的研究。 在國內,蘭州理工大學對不鏽鋼攪拌摩擦焊進行了探索性研究,採用攪拌摩擦焊工藝對3mm厚304不鏽鋼板進行了對接焊接。制定了正確的焊接工藝,並且獲得了優質的焊接接頭析。工藝是:旋轉速度:400~700rpm;焊接速度:45~-80mm/min;旋轉速度與焊接速度之比:0.09~0.12;預熱時間:8~12s。目前沒有發現用於鈦合金和不鏽鋼焊接的攪拌摩擦焊,我認為主要是鈦在1000℃以下溫度時就會嚴重吸氧。

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