摘 要摘 要为了获得优质TA2与304不锈钢的焊接接头，本课题使用激光焊接来焊接TA2与304不锈钢。即研究在激光焊接技术条件下钛和钢的焊接性。焊接性包括两个方面。一是接合性能，二是使用性能。本课题就是从这两个方面对钛和钢的激光焊工艺进行研究的。通过比对不添加和添加过渡层，本课题首先对钛和钢的接合性能进行研究。发现TA2/304SS直接对接焊焊后就发生开裂，并断裂在钢侧。这是由于焊缝内生成了大量的脆性Ti-Fe系列化合物。因此必须消除或减少焊缝中的金属化合物的生成，从而改善接头的质量。本课题首先采用单独的V作为过渡金属来连接TA2与304不锈钢，分别采用2mm、3mm、4mm、5mm宽的V过渡段时，可以有效的阻止Ti与Fe的结合，接头是由TA2/V接头，未熔V和V/304接头三个部分组成。当过渡段厚度为5mm时，接头强度最高，为314.2MPa。加入1mmV过渡层时，焊后试样断裂，界面已生成脆性化合物。本课题还采用了Cu/V复合过渡段。当分别加入2mm-5mm宽的Cu/V过渡段时，接头由TA2/V接头、未熔V区、V/Cu接头、未熔Cu区、Cu/304接头五个部分组成。当加入5mm宽的复合过渡段时接头强度最高，为297.3MPa。采用1mmCu/V过渡层时，在两条焊缝中间出现未熔钒层，断裂起源于此，接头强度为135.8MPa。当添加1mmCu，0.5mmV进行焊接时，未熔钒层厚度减少，拉伸强度为243.3MPa。关键词TA2；304不锈钢；激光焊接；过渡段
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 钛与钢的焊接性分析 1
1.2.1 物理性能差异对焊接性的影响 1
1.2.2 化学性能差异对焊接性的影响 2
1.3 钛与钢的焊接研究现状 2
1.3.1 熔化焊 3
1.3.2 钎焊 3
1.3.3 压力焊 4
1.4 课题的研究意义及研究内容 5
第二章 试验材料、设备及方法 7
2.1 试验材料 7
2.2 试验设备 7
2.3 试验过程 8
2.3.1 焊接材料准备 8
2.3.2 焊接工艺过程 8
2.4 焊
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接接头的分析测试 9
2.4.1 金相试样制备 9
2.4.2 焊接接头的组织分析 9
2.4.3 断口的分析 10
2.4.4 力学性能分析 10
第三章 试验过程及分析 11
3.1 TA2与304SS直接激光对接焊 11
3.1.1 TA2与304SS直接激光对接焊焊缝成型分析 11
3.1.2 TA2与304SS直接激光对接焊断口微观形貌 13
3.2 中间层的选择 14
3.2.1 V中间层对接头的焊缝成型及横截面形貌的影响 14
3.2.2 V中间层对接头强度的影响 17
3.2.3 添加单一V中间层接头断口XRD分析 17
3.2.4 Cu中间层对接头的焊缝成型及横截面形貌的影响 18
3.2.5 添加单一Cu中间层接头断口XRD分析 21
3.3 V过渡段的宽度对TA2/304SS激光焊接头的影响 21
3.3.1 不同宽度V过渡段对接头成型的影响 21
3.3.2 不同宽度V过渡段对接头性能的影响 23
3.3.3 不同宽度V过渡段接头断口分析 25
3.4 复合过渡段Cu/V的TA2/304SS激光焊接 30
3.4.1 TA2/V/Cu/304激光焊接 30
3.4.2 2mm5mm宽Cu/V过渡段焊接接头强度分析 33
3.4.3 2mm5mm宽Cu/V过渡段焊接接头断口分析 33
3.4.4 2mm5mm宽Cu/V过渡段焊接接头成分分析 34
3.5 消除未熔钒层的焊接工艺措施 35
3.5.1 添加0.5mmV中间层接头强度分析 36
3.5.2 添加0.5mmV中间层接头的焊缝微观组织及成分分析 37
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
第一章 绪论
1.1 引言
材料是社会发展的基础。随着社会的发展进步，人们发现了大量的新型材料。这些新型材料推动着许多高新领域的发展。如其中的航天航空部门，对于核心部件航空发动机的各项性能提出了新的要求，即要求其具有更高的机动性。这就意味着要提高发动机的推力室工作压力和温度即提高发动机自身的推重比[1]。所以对于发动机的制造材料提出了新要求。钛合金有着高的比强度，优良的抗腐蚀性和良好的可加工性[2]。因此，可以用钛合金去代替一些部分的钢质结构去制造发动机的推力室机身制造。这样可以减轻发动机的自重，从而满足要求。这就涉及到了异质金属的焊接问题即钛/钢的焊接。
钛合金和不锈钢的优质焊接接头能够在极其苛刻的使用条件下使用，如：腐蚀环境、高温环境或低温环境等环境下使用。同时能够将两种材料在性能和经济上的优势都很好的利用起来[3]。所以，对于钛合金和不锈钢的焊接技术的研究有着深刻的现实意义和广阔的应用前景[4]。
1.2 钛与钢的焊接性分析
钛与钢的物理性能和化学性能差异显著同时连接时易在接头处产生TiFe，TiFe2等金属间化合物，使接头脆化，降低接头的强度[5]。
1.2.1 物理性能差异对焊接性的影响
表1.1为钛和铁的物理性能表。从表中可以看出钛和铁的物理性能差异主要在以下几点：
1.熔点的差异。钛跟铁的熔点相差了140°C。这样会造成在焊接时两母材的熔化量不同，从而影响焊接接头的质量。
2.线膨胀系数的差异。从表中数据能够看出，铁的线膨胀系数大约是钛的1.5倍。所以焊接后接头冷却收缩时会造成在接头中存在很大的焊接应力，进而造成很大的焊接变形，甚至会在接头中产生裂纹，更严重甚至会造成焊缝金属与母材分离，从而影响焊接接头的质量。
3.热导率的差异。从表中数据看出，铁的热导率是钛的5倍，这样会造成焊接时两侧母材的受热不均匀，从而导致热输入量有较大差异，进而影响焊接接头的质量。
表1.1钛和铁的物理性能[6]
材料
密度
(gcm3)
熔点
(°C)
比热容
(Jkg1K1)
线膨胀系数
(106K1)
热导率
(Wm1K1)
电阻系数
(108Ωm)
钛（Ti）
4.5
1677
539.1

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