TiAlTIG微熔钎焊界面行为及接头断裂行为.PDFVIP

第 42卷 第 3期 稀有金属材料与工程 Vol.42, No.3 2013年 3月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING March 2013 收稿日期：2012-11-16 基金项目：国家自然科学基金 作者简介：吕世雄，男，1957年生，教授，哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001，电话：0451 E-mail: 889268@ Ti / Al TIG微熔钎焊界面行为及接头断裂行为 吕世雄，杨 涛，黄永宪，石经纬，敬小军，曲 杰 (哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：以 TIG 电弧为热源， AlSi5 焊丝为填充材料，采用 SEM、EDS、XRD 对 Ti-6Al-4V（TC4）钛合金和 AlMg6 铝合金异种材料 TIG 微熔钎焊的接头、温度场以及断裂行为进行了研究。试验表明：焊接接头铝母材侧具备 TIG 填丝 熔化焊特征，Ti 母材处为钎焊特征。峰值温度的升高能够增加界面层厚度，峰值温度升高，界面层组织趋于复杂。降 低高温停留时间能够减小界面层厚度，但随着峰值温度增加，过快的冷却速度会产生较大的内应力，形成贯穿界面的 裂纹。钛/铝 TIG 微熔钎焊的断裂，铝侧发生的断裂是韧性+脆性的混合型断裂，气孔及微裂纹为断裂起源。钛合金的 母材过量溶解或者熔化，会导致气孔直径增加，应严格控制热输入量及钛母材的熔化。 关键词：Ti/Al异种连接；TIG微熔钎焊；温度场；界面行为；断裂行为 中图法分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2013)03-0478-05 钛合金和铝合金的复合构件在航空航天和汽车等领 域具有巨大的应用潜力，但由于热物理化学性能的巨大 差异，且易形成连续分布的金属间化合物层，同时铝合 金表面的氧化层难以去除，严重弱化了接头的强度[1-3]。 Ti-Al 异种金属连接应用影响最大的就是互溶性及 金属间化合物问题。获得异种金属的焊接接头的主要条 件是：他们之间有完全的互溶性；能够形成间隙式连续 系列的固溶体。当不具备这些条件，两种母材物理化学 性能相差很大时，会产生脆性的金属间化合物和共晶 体，而难以焊接。如果金属间化合物以极细的夹杂物形 式弥散地分布在合金晶粒之间，则可能完全无害；而如 果呈带状或针状出现在晶界之间，或两种金属之间出现 金属间过渡层，就有造成金属脆性断裂的危险。如何控 制Ti-Al异种材料连接界面层的厚度及金属间化合物的 分布形式是获得优质焊缝的关键所在[4,5]。本工作采用 TIG 电弧熔钎焊的方法，在充氩情况下，以 AlSi5 焊 丝为填充材料，针对 Ti-6Al-4V 钛合金和 AlMg6 铝 合金异种材料的界面行为及断裂行为进行研究。分析了 温度场对界面行为的影响。 1 实 验 本试验的母材为 TC4 (Ti-6Al-4V)合金和 AlMg6 铝合金，厚度均为 2 mm。在钛板和铝板的对接边开 V 形破口，并用细砂纸打磨破口附近和焊丝表面的氧化 膜，再用丙酮清洗，清除母材及焊丝表面的油污。 将试件预置入充氩仓内，并在仓内充满氩气，使 仓内保持氩气密闭状态，然后在此富氩气氛下进行焊 接。本实验采用 TIG电弧作为热源的 TIG微熔钎焊， TIG 熔钎焊焊接示意图如图 1 所示。所用填充材料为 AlSi5 焊丝，该焊丝能够形成较多的易熔共晶具有很 强的抗裂性能。 2 TIG电弧熔钎温度场与材料反应层关系 2.1 TIG电弧熔钎焊接头宏观形貌 钛/铝TIG微熔钎焊焊接接头宏观形貌如图 2所示。 焊接接头呈现熔焊与钎焊双重特性。 图 1 TIG熔钎焊焊接示意图 Fig.1 Schematic diagram of TIG arc welding-brazing process Filler wire (AlSi5) TIG arc AlMg6 Ti-6Al-4V 4~ 6 2 60 60 第 3期 吕世雄等：Ti/Al TIG微熔钎焊界面行为及接头断裂行为 ·479·