鈦-鋁異種合金激光-mig復合熔釬焊工藝研究開題報告

《鈦-鋁異種合金激光-mig復合熔釬焊工藝研究開題報告》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱：鈦-鋁異種合金激光-MIG復合熔釬焊工藝研究學號：012006027827學生姓名：王楊指導教師：劉德健材料科學與工程學院二0一0年4月5日一．課題來源本課題來源于激光加工實驗室自選課題。二．課題目的和意義鈦合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業(yè)中有著十分重要的應(yīng)用，而且已經(jīng)開始在化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。鋁合金具有比強度高、加工性好、物理、力

2、學性能優(yōu)越、抗腐蝕等優(yōu)點，在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認為是最為經(jīng)濟實用的材料。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學和很多化學體系中，鋁合金能顯示出優(yōu)良的抗腐蝕性。鋁的表面具有高度的反射性。鋁通常顯示出優(yōu)良的電導率和熱導率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用于如高轉(zhuǎn)矩的電動機中。鋁由于它的優(yōu)良電導率而常被選用。在重量相等的基礎(chǔ)上，鋁的電導率近于銅的兩倍。鈦合金和鋁合金在工業(yè)上的應(yīng)用非常重要，有很多工業(yè)交叉的領(lǐng)域，這使得鋁和鈦的連接具有重要意義。但是，鋁和鈦的連接難度很大。在焊

3、接過程中，由于在室溫條件下Ti和Al之間的溶解度極小，采用一般焊接方法很難實現(xiàn)Ti和Al的高效、可靠焊接。例如，液態(tài)焊接方法會產(chǎn)生大量脆性金屬間化合物，固態(tài)焊接方法又對接頭形式要求過于苛刻。采用熔釬焊的方法，將鋁材熔化，鈦保持固態(tài)，這樣能有效避免鈦鋁之間形成大量的脆硬的金屬間化合物，能夠獲得高強度的接頭，與熔化焊和固相焊接相比，具有明顯的優(yōu)越性。在熔釬焊發(fā)展初期，通常采用電弧作為熱源。國內(nèi)外學者關(guān)于Ti、Al電弧熔釬焊問題進行了廣泛的研究。但是，電弧能量密度低，且熱輸入不易于控制，在熔釬焊接頭通常會形成較

4、多的金屬間化合物，接頭脆性較大。針對電弧熔釬焊存在的上述問題，近年來一些科研工作者采用激光作為熱源，利用激光熔釬焊的方法來焊接鈦合金和鋁合金。由于激光能量密度高、且熱輸入精確可控，能夠有效控制接頭內(nèi)部及Ti/Al界面處的金屬間化合物，接頭具有較高的強度，其抗拉強度達到母材85%[1]。但是正是由于激光能量密度高的原因，激光熔釬焊時熔池溫度梯度高，在焊接過程中填充材料鋪展性能較差。針對上述問題，本課題采用激光-MIG電弧復合作為熱源來焊接鈦合金和鋁合金。激光-MIG電弧復合熱源可以有效發(fā)揮激光熱源及其電弧熱

5、源的特性。如激光的熱源具有柔性好、能量密度高、光斑形式可調(diào)、熱輸入精確可控以及冷卻速度快等一系列優(yōu)點。其接頭具有良好的特性。當激光-MIG電弧復合熱源焊接鋁鈦合金時，在相同焊接熱輸入量條件下，復合焊獲得的焊縫熔深大于相同電流的脈沖MIG焊；在獲得相同焊縫熔深的條件下，復合焊與相同電流的脈沖MIG焊相比具有更高的焊接速度、更低的熱輸入量和更小的變形。采用這種焊接方法其焊接板厚大、焊接適應(yīng)性更高。通過調(diào)節(jié)電弧與激光的不同作用位置，可有效提高對間隙的容忍度，減少焊縫邊緣的處理工作量。它的高適應(yīng)性帶來的優(yōu)點在于，

6、不僅對間隙、錯邊、對中偏離的敏感性降低，還可以減少焊接裝夾，定位等焊后處理工作。所以借助復合熱源的高能量效應(yīng)，有望焊接兩種單熱源難以完成的接頭形式，獲得高質(zhì)量的焊接接頭。三．國內(nèi)外發(fā)展概況由于鋁鈦金屬之間的熱物理化學性能相差很大，用傳統(tǒng)的焊接方法焊接時會產(chǎn)生大量的脆性的金屬間化合物,從而影響接頭性能。目前，Ti/Al異種合金的傳統(tǒng)的焊接方法主要有電弧熔釬焊、擴散焊、釬焊、摩擦焊等，下面簡單加以介紹。1.擴散焊擴散焊是將兩焊件緊密結(jié)合，在真空或保護氣氛中，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相

7、互擴散完成焊接。因此擴散焊依然能有效避免鋁鈦材料熔點差異較大難于連接的特點。經(jīng)檢驗后證明，真空擴散焊的焊接接頭的機械強度、熱穩(wěn)定性、密封性、耐腐蝕性和彈性都能滿足重要構(gòu)件的技術(shù)要求。尤為突出的是擴散焊接的工件的尺寸可以從幾微米到幾米。因此，真空擴散焊接具有良好的經(jīng)濟效果。但是，在鈦和鋁直接擴散焊時接頭強度較低。李亞江和王娟等人[9]引進了一種新的擴散焊方法。采用先在鈦板表面滲鋁，然后再進行擴散焊。通過這種焊接方法，Ti/Al擴散焊接頭區(qū)由鈦側(cè)界面、擴散過渡區(qū)和鋁側(cè)界面組成。Ti/Al界面附近顯微硬度符合兩

8、側(cè)材料自身的特性。離界面較遠處的鋁基體一側(cè)顯微硬度為30-40HM,鈦基體一側(cè)的界面附近沒有明顯的顯微硬度增大,沒有脆性相生成。Ti/Al擴散焊過渡區(qū)中可能形成Ti3Al，TiAl和TiAl3金屬間化合物。合理控制工藝參數(shù)可以減小生成的金屬間化合物層的厚度,從而減小生成脆性金屬間化合物的不良影響。采用這種焊接方法能獲得較為優(yōu)良的焊縫。但是這種焊接方法要求真空環(huán)境下成型，從經(jīng)濟生產(chǎn)性來看，成本較大，不適合大批量鋁鈦材料連接成型。