Ti-Al攪拌摩擦點(diǎn)焊-釬焊復(fù)合焊接接頭組織性能研究.pdf

1、本文在Ti/Al異種金屬攪拌摩擦點(diǎn)焊時(shí)，通過在Ti、Al搭接界面處添加合適的釬料、利用攪拌摩擦點(diǎn)焊自身產(chǎn)生的熱、力作用在攪拌區(qū)周圍實(shí)現(xiàn)了釬焊連接，發(fā)展了一種可以獲得“攪拌摩擦點(diǎn)焊-釬焊”復(fù)合焊接接頭的Ti/Al異種金屬連接新技術(shù)。采用“攪拌摩擦點(diǎn)焊-釬焊”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3mm厚TC4鈦合金和2A14鋁合金異種金屬的良好連接，研究了釬料添加方式對(duì)復(fù)合接頭形成的影響，對(duì)比分析了工藝參數(shù)對(duì)常規(guī)攪拌摩擦點(diǎn)焊(Friction Stir Spot W

2、elding，簡稱FSSW)和鈦合金表面滲鋁后的攪拌摩擦點(diǎn)焊-釬焊(Friction Stir Spot Welding-Soldering,簡稱FSSW-S)接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，采用SEM、EDS等分析測(cè)試方法分析了接頭微觀組織、元素分布和界面結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：
　　對(duì)于直接添加Zn箔釬料、鈦合金表面噴涂預(yù)置Zn85Al釬料和鈦合金表面焊前滲鋁后添加Zn箔釬料這三種釬料添加方式，在前兩種釬料添加方式下的軸肩界面區(qū)，釬料層與

3、鋁合金結(jié)合良好，與鈦合金之間存在間隙，釬料與鈦合金未發(fā)生潤濕反應(yīng)；第三種釬料添加方式下的軸肩區(qū)形成了釬焊連接，界面結(jié)合緊密，焊接接頭在拉伸斷裂時(shí)在軸肩區(qū)域的斷裂方式為混合型斷裂，靠近匙孔周圍區(qū)域斷裂位于滲鋁層與鈦合金結(jié)合面，軸肩邊緣區(qū)域斷裂位于界面下的滲鋁層表層。
　　鈦合金表面焊前滲鋁后添加Zn箔釬料的FSSW-S復(fù)合焊接接頭形成過程可分為三個(gè)階段，第一階段為攪拌針下壓時(shí)Hook的形成，第二階段為釬料受熱熔化在軸肩力作用下被擠出

4、，第三階段為剩余釬料在軸肩界面區(qū)的溶解、擴(kuò)散反應(yīng)。Zn釬料受熱熔化在軸肩力的作用下被大量擠出，剩余的液態(tài)Zn填充了鋁合金和滲鋁層之間的間隙，在溫度和壓力作用下，兩側(cè)的Al不斷向Zn中溶解，同時(shí)也伴隨著Zn向Al中擴(kuò)散，直到最后形成無缺陷和間隙的界面。
　　常規(guī)FSSW的接頭抗拉剪力隨攪拌頭轉(zhuǎn)速和焊接時(shí)間的增加變化不大，而鈦合金表面滲鋁后的FSSW-S焊接接頭抗拉剪力隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的增加先增加后減小，隨著焊接時(shí)間的增加先增加后減小再

5、基本保持不變。在攪拌頭轉(zhuǎn)速為1200rpm，焊接時(shí)間為18s時(shí)，復(fù)合焊接接頭的抗拉剪力達(dá)到最高，為13.87kN/點(diǎn)，是相同焊接條件下常規(guī)FSSW接頭的最大抗拉剪力的2.1倍，是目前國內(nèi)外文獻(xiàn)中FSSW接頭最大抗拉剪力的1.9倍。
　　Ti/Al“攪拌摩擦點(diǎn)焊-釬焊”復(fù)合焊接接頭中釬焊界面的存在改變了裂紋在接頭中的擴(kuò)展方式使得疲勞載荷和疲勞壽命比常規(guī)FSSW大幅提高。在對(duì)應(yīng)疲勞循環(huán)次數(shù)為2×106時(shí)，常規(guī)FSSW焊接接頭與FSSW

6、-S復(fù)合焊接接頭的疲勞載荷分別為1.45kN和3.65kN，在疲勞載荷為3.5kN下，復(fù)合焊接接頭的疲勞壽命比常規(guī)FSSW焊接接頭提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)。常規(guī)FSSW焊接接頭疲勞斷口的裂紋源為匙孔的根部位置，裂紋沿疲勞載荷加載的方向向Hook根部擴(kuò)展，瞬時(shí)斷裂區(qū)為韌性斷裂。FSSW-S復(fù)合焊接接頭裂紋沿釬焊界面擴(kuò)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，開始從軸肩外的釬焊界面向匙孔中心擴(kuò)展，然后與界面呈45°方向向鋁中擴(kuò)展，最后再沿釬焊界面擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到Hook根