异种金属焊接3（北京工业大学－雷永平）.ppt

29/43 3、钢与钛及其合金的焊接工艺 钢与钛及其合金的焊接 表25 纯 铁与TA7真空扩散焊的工艺参数 纯铁侧硬度增高 1.333×10－2 10.39 10 1000 无 纯铁+TA7 接触面上硬度增高 1.333×10－2 17.25 10 700 无 纯铁+TA7 铁钼熔合线开裂 1.333×10－2 17.25 20 1000 Mo 纯铁+TA7 铁钼熔合线开裂 1.333×10－2 10.39 10 800 Mo 纯铁+TA7 真空度 /Pa 压力 /MPa 保温时间 /min 焊接温度 /℃ 备 注 工 艺 参 数 中间扩散层 材料 被焊材料 钢与有色金属的焊接－3 雷永平 钢与钛及其合计的焊接 特点： 钛及钛合金密度小，热膨胀系数小（4.5 g/cm-3），道导热性差，摩擦系数大，弹性模量较低，不利于结构的刚度。工业纯钛有很高的化学活性，生成致密氧化膜，在不同条件下(酸、碱、温度)有很好的耐蚀性（500 ℃ ）。 强度高，良好的塑性和韧性，足够的抗腐蚀性和高温强度，最为突出的特点是比强度高。 因而，在石油、化工、航空航天以及原子能工业生产中得到了广泛应用，尤其是钢+铁的双金属焊接结构应用更为广泛。 因此，对钢与钛焊接的研究更为迫切。 钢与钛及其合金的焊接 1、钛合金特点、分类及性能 钢与钛及其合金的焊接 钛合金 的分类 工业纯钛（ TA1，TA2，TA3） 钛合金 α钛合金（TA4，TA5，TA6….） β钛合金（TB1，TB2 ….） α＋β钛合金（TC1，TC2，TC3….） 1、钛合金特点、分类及性能 钢与钛及其合金的焊接 工业纯钛（ TA1，TA2，TA3） Ti在885℃以下为密排六方——α钛合金 Ti在885℃以上为体心立方——β钛合金 Ti在885℃发生同素异构转变 纯钛中杂质：H、O、Fe、Si、C、N等 O、N、H形成间隙固溶体，Fe、Si等形成置换固溶体，固溶强化（强度、硬度提高，塑性、韧性下降），但H使钛的冲击韧性急剧下降，氢脆。 1、钛合金特点、分类及性能 钢与钛及其合金的焊接 钛合金 α钛合金：加入Al、稳定α相，中性元素Sn、Zr。 加入Al 5％，再结晶温度600 ℃——800 ℃，耐热性提高，减少H的敏感性，过多（7％），Ti3Al相——脆性。 α钛合金高温强度高、韧性好，抗氧化能力强，焊接性好，组织稳定，但加工性比β钛合金和α＋β钛合金差，不同进行热处理强化，只是600 ℃——700 ℃退火消除加工硬化， 500 ℃——600 ℃不完全退火消除焊接残余应力。 β钛合金：含有β稳定元素，含Mo、V、Cr。通过时效热处理，单一相加工性能良好，但高温性能差，焊接性很差，易于形成冷裂纹，焊接结构中很少用。 1、钛合金特点、分类及性能 钢与钛及其合金的焊接 钛合金 α＋β钛合金：两相，含有Al，稳定α相，中性元素Sn、Zr， β相稳定元素（6％）。 具有α和β相的优点，即高温变形能力和热加工性，又可热处理提高强度。 TC4（Ti6Al4V）是广泛应用的α＋β钛合金，不同热处理下两相比例、性质、形态不同。具有良好的压力加工性和焊接性。 1、钛合金特点、分类及性能 1、钛合金的特点 钢与钛及其合金的焊接 国外在20 世纪50年代就开始进行研究. 美国在1956 年第一次对钛与钢直接进行点焊,由于接头发脆没有成功。 一般认为铁在α-Ti 中溶解度极小,这样在钛-铁焊缝中除了有铁在α-Ti 中的固溶体外,还形成了脆性的TiFe 型-金属间化合物,这些相的硬度达Hv600 ,有的甚至到Hv800～1050 ,致使焊缝发脆,在冷却过程中形成裂纹,TiFe 型及TiC 等脆性相是导致焊缝开裂的主要原因。 为使钛与铁能焊在一起,必须在焊接过程中避免产生这些脆性相,解决这个问题的途径可以归纳为以下几种: (1) 用一种与钛、铁两元素能形成连续的或宽范围固溶体的金属来直接进行焊接; (2) 用一种或两种与钛、铁两元素有好的可焊性的金属作为中间填料,使钛与钢间接地焊接起来; (3) 采用低于钛、铁熔点的焊接方法。 钢与钛及其合金的焊接 2、钛及钛合金焊接特点 111 钢与钛及其合金的焊接 2、钛及钛合金焊接特点 接头区脆化： 540℃以上，氧化膜疏松，与O、N、H等反应快，接头塑性韧性降低。300 ℃以上吸H，600 ℃以上吸O，700 ℃以上吸N， O、高温固溶，强度提高，塑性下降；N会形成脆性相TiN。 H是β相稳定元素，325 ℃发生共析反应： β α＋γ γ（TiH2），片状或针状存在，裂纹源，降低塑性和韧性， 焊接中严格控制H来源。 钢与钛及其合金的焊接 2、钛及钛合