基于空間電子束熱源的TA2純鈦-2024鋁合金熔釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、本文基于空間電子束熱源對(duì)異種難焊金屬TA2純鈦與2024鋁合金進(jìn)行了熔釬焊研究，分別研究了自熔釬焊和填絲熔釬焊過程中工藝參數(shù)對(duì)接頭組織及力學(xué)性能的影響，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，接頭成形良好，力學(xué)性能大幅提高。
　　對(duì)于自熔釬焊，分別從鋁側(cè)電子束偏移量和焊接線能量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行研究。當(dāng)束流偏移量為0.3mm時(shí)，熔化的2024鋁合金實(shí)現(xiàn)對(duì)TA2純鈦上表面的潤(rùn)濕鋪展，同時(shí)限制了TA2純鈦的熔化，避免了大量脆性Ti-Al金屬間化合物的形成，接頭抗

2、拉強(qiáng)度達(dá)到184MPa。在此基礎(chǔ)上，改變焊接速度對(duì)焊接線能量進(jìn)行優(yōu)化，從而嚴(yán)格控制了連接界面反應(yīng)層的厚度。焊接線能量為74.3J/mm時(shí)，反應(yīng)層均勻分布約4μm，并在焊縫內(nèi)生成針狀化合物，對(duì)焊縫基體起到“釘扎”強(qiáng)化作用，接頭強(qiáng)度達(dá)到189MPa。
　　鑒于自熔釬焊時(shí)，未能實(shí)現(xiàn)2024鋁合金熔體對(duì)接頭背面TA2純鈦的良好潤(rùn)濕鋪展，引入填絲熔釬焊工藝來改善接頭正反面的成形，并通過焊絲中的合金元素對(duì)連接界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。分別對(duì)焊接線能量

3、、束流偏移量和接頭間隙三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究。當(dāng)線能量為90J/mm時(shí)，接頭正反面成形良好，提高了有效連接面積，接頭強(qiáng)度達(dá)到209MPa。當(dāng)電子束束流對(duì)中時(shí)，利于熔化的焊絲向TA2母材和2024母材鋪展，嚴(yán)格調(diào)整TA2熔化量以控制反應(yīng)層，接頭強(qiáng)度達(dá)到236MPa?；谏鲜鲅芯堪l(fā)現(xiàn)接頭間隙為0mm時(shí)，幾乎未生成反應(yīng)層，觀察斷口發(fā)現(xiàn)對(duì)接面是薄弱區(qū)域，通過調(diào)整接頭間隙為0.4mm時(shí)，接頭對(duì)接面的反應(yīng)層約2μm厚且分布均勻，并且在焊縫中生成

4、了彌散分布的長(zhǎng)條狀和“H”型的TiAl3化合物，起到了強(qiáng)化作用，接頭的強(qiáng)度為316MPa。
　　利用MSC.Marc有限元分析軟件對(duì)TA2純鈦/2024鋁合金電子束熔釬焊過程進(jìn)行模擬，研究填絲熔釬焊對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的影響，通過模擬結(jié)果可以分析，電子束填絲熔釬焊方法可以改善溫度場(chǎng)的分布，可以保持焊接過程中熔池尺寸基本不變，而且在焊接末端有效緩解熱量聚集，從而避免尾部焊穿發(fā)生。焊縫區(qū)殘余拉應(yīng)力由自熔釬焊的370MPa減小到填絲熔釬焊的