TiNi合金-Ni-不銹鋼激光微焊接接頭界面結(jié)構(gòu)及其與性能的相關(guān)性.pdf

1、TiNi合金和不銹鋼異種材料直接焊接時(shí)裂紋敏感性很大，以純Ni絲為填充材料、采用微激光可以實(shí)現(xiàn)超薄TiNi合金/不銹鋼異種材料的良好焊接，在此基礎(chǔ)上改變焊接工藝參數(shù)，不同參數(shù)下焊縫和兩側(cè)母材間的界面結(jié)構(gòu)不同，而且接頭性能也有較大差異。本文通過光學(xué)顯微鏡、SEM、XRD等分析方法，研究了不同工藝參數(shù)下接頭兩側(cè)界面形貌演變規(guī)律、界面區(qū)內(nèi)組織和接頭性能的變化規(guī)律，探索了工藝參數(shù)和界面結(jié)構(gòu)以及接頭抗拉強(qiáng)度三者之間的相關(guān)性。此外，還通過焊前預(yù)熱和

2、焊后回火熱處理，研究了改變工藝措施對(duì)接頭組織性能的影響。得到如下主要結(jié)果：
　　單一改變激光功率時(shí)，不同功率時(shí)接頭兩側(cè)的界面形貌歸類為兩類特征界面形貌：當(dāng)功率小于14.4W時(shí)，接頭未熔透。(1)當(dāng)功率為14.4W～17.6W時(shí)，焊縫成形良好，在TiNi合金母材與焊縫的界面中部存在較長(zhǎng)的犄角將界面分為上下兩段弧，上段界面線曲率半徑大，弧線較平緩，下段界面圓弧較陡，犄角處的界面線近似平行于上下表面；不銹鋼側(cè)界面線分別為上中下三部分圓弧

3、組成。此類的接頭抗拉強(qiáng)度均在340MPa以下；(2)功率為17.6W～20W時(shí)，TiNi合金界面中部存在較小犄角將界面分為上下兩段弧，犄角朝上垂直于上表面，上段圓弧曲率半徑較小，弧度變得較陡，下段圓弧近似直線；不銹鋼側(cè)界面變?yōu)閮啥位〗M成。此類接頭兩側(cè)界面形貌對(duì)應(yīng)的接頭性能較好，接頭抗拉強(qiáng)度高于340MPa。當(dāng)功率大于20.8W時(shí)，接頭出現(xiàn)塌陷，嚴(yán)重降低接頭抗拉強(qiáng)度。
　　單一改變脈沖寬度時(shí)，不同脈寬下接頭兩側(cè)界面可歸類為三種典型界

4、面形貌：脈寬小于4.3ms時(shí)，接頭未熔透。(1)脈寬為4.3ms～5.1ms時(shí)，接頭兩側(cè)界面形貌與功率為14.4ms～17.6W之間的界面形貌相似，但不銹鋼側(cè)界面中部連著未完全脫離的母材。(2)脈寬為5.1ms～6.2ms時(shí)，TiNi合金母材與焊縫之間的界面依然分為兩段，此時(shí)接頭上段界面弧長(zhǎng)增加，界面中的拐角移向下表面，下段界面弧短且垂直于下表面。不銹鋼母材與焊縫間的界面近似與TiNi合金側(cè)界面對(duì)稱分布，此類界面形貌對(duì)應(yīng)的接頭性能較好，

5、抗拉強(qiáng)度高于340MPa。(3)當(dāng)脈寬大于6.6ms時(shí)，接頭兩側(cè)界面中犄角消失，整個(gè)界面為一段近似直線的圓弧，并與下表面夾角在60度左右。
　　當(dāng)焊接熱輸入為5.2J～9.4J之間，匹配激光功率為14.4W～20.8W、脈沖寬度為4.5ms～7.3ms時(shí)，能夠獲得成形良好的焊接接頭。其中焊接熱輸入為6.1J～6.8J，匹配激光功率17.6W～19.2W，脈沖寬度4.5ms～5.1ms之間，或者熱輸入為7.0J～8.4J，匹配激光功

6、率16W～17.6W，脈寬5.4ms～6.2ms范圍內(nèi)時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度高于350MPa，此時(shí)TiNi合金母材與焊縫間的界面區(qū)內(nèi)組織按大小、分布形態(tài)可分為三層。
　　當(dāng)激光功率為16W，脈寬為5.1ms，頻率為4.5Hz時(shí)，焊接接頭抗拉強(qiáng)度僅為251MPa，焊前對(duì)接頭進(jìn)行330℃預(yù)熱時(shí)接頭的抗拉強(qiáng)度可提高到359MPa。當(dāng)功率為18.4W，脈寬4.5ms，頻率4.5Hz時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度為361MPa。焊后對(duì)接頭進(jìn)行回火熱處理，當(dāng)回火