不銹鋼和鈦合金異種金屬焊接研究進(jìn)展

1、    不銹鋼和鈦合金異種金屬焊接研究進(jìn)展    曹輝摘 要：鈦合金與不銹鋼的焊接使用在我國(guó)許多行業(yè)的發(fā)展中都有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，由于兩種金屬在許多方面都有本質(zhì)上的差異。本文就針對(duì)不銹鋼和鈦合金兩種異種金屬的焊接情況進(jìn)行深入的探討研究，對(duì)鈦合金與不銹鋼的焊接現(xiàn)狀做了明確的闡述。關(guān)鍵詞：鈦合金；不銹鋼；異種金屬；焊接技術(shù)1 概述鈦合金作為一種較為常見(jiàn)的金屬具有很多優(yōu)良的性能，比如它是一種無(wú)毒、無(wú)磁性、低密度、高強(qiáng)度、高硬度、導(dǎo)熱情況差、耐熱、耐蝕性的一種金屬，相對(duì)來(lái)說(shuō)它的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。因此通常鈦合金被應(yīng)用在航空、航天等相對(duì)重要的領(lǐng)域。舉例來(lái)說(shuō)，我國(guó)在20

2、12年發(fā)射成功的天宮一號(hào)載人航天飛船，“蛟龍”號(hào)深水探測(cè)器成功下潛到了深度超越七千米的位置，這科技項(xiàng)目讓我國(guó)科技一定程度上取得了前所未有的成功。看似毫無(wú)關(guān)系的兩個(gè)科技項(xiàng)目，實(shí)際上它們有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是兩個(gè)項(xiàng)目的許多方面都應(yīng)用到了鈦合金金屬，并且涉及到了焊接技術(shù)。鈦合金的使用對(duì)于我國(guó)各行各業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)尤為重要。2 對(duì)鈦合金與不銹鋼焊接問(wèn)題的探討分析很多情況下，我們需要將鈦合金與不銹鋼進(jìn)行焊使用。在焊接的過(guò)程中，主要要根據(jù)鈦合金與不銹鋼之間的差異性和相容性進(jìn)行分析，當(dāng)前情況下，對(duì)于兩種異類金屬的焊接問(wèn)題，有以下幾點(diǎn)必須多加注意，首先就是在對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行焊接的過(guò)程中，可能會(huì)形成較大的內(nèi)應(yīng)力，

3、對(duì)焊接產(chǎn)生影響，鈦合金與不銹鋼的線膨脹系數(shù)存在較大差異，在焊接的過(guò)程中，由于冷熱交替的溫度變化，導(dǎo)致了不同程度的變形，從而引起此類問(wèn)題。這類問(wèn)題看似影響不大，可卻無(wú)法徹底清楚。然后就是鈦和鐵兩種金屬的本質(zhì)問(wèn)題。由于鈦與鐵的同為互熔度小的金屬，在實(shí)施焊接的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一種質(zhì)地較脆的化合物。這種化合物的主要成分是tife。在對(duì)鈦與鐵進(jìn)行焊接時(shí)，兩種金屬相互擴(kuò)散，一定時(shí)間鐵在鈦中會(huì)過(guò)度飽和，這時(shí)就會(huì)生成tife化合物。除此之外，鈦與不銹鋼中的碳元素在焊接時(shí)還會(huì)生成tic，鈦還容易與鋼管中的鉻、鎳、鐵形成金屬間化合物，導(dǎo)致硬度降低，焊接處脆化性增強(qiáng)。因此，想要將鈦合金與不銹鋼兩種金屬實(shí)

4、行焊接，并且要保證接頭處的硬度和牢固性，就應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同的焊接情況來(lái)選擇相對(duì)合適的焊接方法。采用合適的焊接方法，一方面可以保證兩類金屬的焊接點(diǎn)更為牢固，另一方面也對(duì)材料因焊接而造成的脆性產(chǎn)生了限制。當(dāng)前情況下，對(duì)于鈦合金與不銹鋼這兩類金屬的焊接，已經(jīng)研究出諸多可行的方法。其中較為常見(jiàn)的有釬焊、爆炸焊、擴(kuò)散焊、激光焊等多種方法。這些方法都經(jīng)過(guò)了多方驗(yàn)證，也具備其應(yīng)用的長(zhǎng)處，但是，任何一種方法在單獨(dú)應(yīng)用時(shí)都難以達(dá)到期望的效果。本文就針對(duì)當(dāng)前情況下，幾種常用的鈦合金與不銹鋼兩種金屬的焊接技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析，為兩種金屬的焊接起到了一定的參考作用。3 鈦合金與鋼管焊接技術(shù)的現(xiàn)狀所以在進(jìn)行太合金和不銹鋼的焊

5、接時(shí)，我們根據(jù)兩種金屬獨(dú)有的特點(diǎn)，采用埋弧焊配鹽基焊劑進(jìn)行焊接，雖然能夠?qū)煞N金屬聯(lián)合在一起，但綜合各方面因素來(lái)講，取得的成效并不完美。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)于不同金屬的焊接技術(shù)也取得了一定的進(jìn)展，焊接設(shè)備的不斷更替，焊接方法的推陳出新，使得鈦合金和不銹鋼兩種金屬在焊接上取得了更多的進(jìn)展。其中較為常見(jiàn)的方法大致有以下幾種：3.1 釬焊所謂釬焊，就是使用釬料對(duì)讓鈦合金和不銹鋼兩種金屬進(jìn)行焊接。其原理主要是鈦與鐵會(huì)在1985時(shí)形成共晶。將鈦和鐵加熱到高于共晶溫度時(shí)，依靠鈦與鐵的相互擴(kuò)散，就會(huì)在接觸界面上形成共晶體，共晶體自然而然地會(huì)將兩種金屬連接起來(lái)。這種方法雖然具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是我們通常在

6、操作過(guò)程中無(wú)法控制產(chǎn)生共晶體的數(shù)量，相對(duì)來(lái)說(shuō)工藝上較難掌握。除此之外，在對(duì)鈦合金和不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，對(duì)于釬料的選用也存在著諸多要求。首先我們必須選擇釬熔點(diǎn)在882以下的釬料，且釬料的固相線應(yīng)當(dāng)與液相線存在較大溫差。此外，不可以使用能與鈦有很強(qiáng)的化合能力的元素的釬料，以避免對(duì)焊接進(jìn)行影響。3.2 爆炸焊爆炸焊最初出現(xiàn)時(shí)并不是為了實(shí)現(xiàn)鈦合金和不銹鋼的焊接，而是用于制作鈦鋼復(fù)合板。可以通過(guò)對(duì)爆炸焊的控制來(lái)調(diào)整鈦鋼復(fù)合板接頭出的強(qiáng)度。在進(jìn)行爆炸焊操作的過(guò)程中，相鄰的兩個(gè)鄰板之間必須保持適當(dāng)?shù)木嚯x，最好的情況可達(dá)350-380mpa。3.3 擴(kuò)散焊接在我國(guó)，對(duì)于擴(kuò)散焊的應(yīng)用可以參考的方面比較少。進(jìn)行擴(kuò)散

7、焊需要保證擴(kuò)散溫度在500到1000之間，焊接的過(guò)程大概會(huì)耗費(fèi)10到20分鐘。3.4 mlg焊接技術(shù)mlg焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全方位焊接，還在一定程度上減少了焊接過(guò)程所需要的時(shí)間。其實(shí)mig焊接技術(shù)的操作原理并不復(fù)雜。將工作中的焊絲與電弧配合使用作為共同發(fā)熱源，通過(guò)利用焊槍噴嘴噴出的高溫氣體兩種金屬實(shí)現(xiàn)焊接。mig焊在低合金高強(qiáng)鋼、鋁合金等材料的焊接方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但在鈦合金與不銹鋼的焊接領(lǐng)域應(yīng)用得相對(duì)較少。之所以將其廣泛應(yīng)用，主要的原因就是鈦合金的電阻較大，不易導(dǎo)電。且鈦金屬具有相對(duì)較大的硬度，在實(shí)施焊接的過(guò)程中可能會(huì)對(duì)焊接噴嘴產(chǎn)生磨損。3.5 激光焊接激光焊接技術(shù)的操作原理，就是通過(guò)高

8、強(qiáng)度的激光光束使金屬融化，待冷卻以后就會(huì)自然的連接在一起。對(duì)于不銹鋼和鈦合金的異種金屬焊接而言，激光焊較電子束焊有更高的加熱和冷卻速率，采用偏束可得到具有一定強(qiáng)度的直接焊合接頭，但強(qiáng)度偏低且質(zhì)量波動(dòng)大。采用cu作為中間層可得與電子束焊接相似的焊接結(jié)果。激光焊在焊接過(guò)程中存在諸多優(yōu)勢(shì)，舉例來(lái)說(shuō)，激光焊產(chǎn)生的能量密度很高，在這樣強(qiáng)度下進(jìn)行焊接，兩種金屬的焊接接點(diǎn)處更為穩(wěn)定，形成的縫隙更窄小。在大厚度鈦合金結(jié)構(gòu)的焊接中，激光焊具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)，但是激光焊接在焊接過(guò)程中極易形成氣孔，對(duì)焊接強(qiáng)度產(chǎn)生了一定的影響。因此在采用激光焊接時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意焊縫接口形式、焊接參數(shù)等問(wèn)題。除此之外，由于激光焊接會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)

9、光，因此，在焊接的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)充分考慮激光對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響。3.6 等離子弧焊技術(shù)近年來(lái)，等離子技術(shù)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。等離子弧焊就是通過(guò)對(duì)離子槍陰陽(yáng)二級(jí)之間形成的電弧的利用，使溫度逐漸升高，形成高能量的電弧，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于金屬的焊接。等離子弧焊通常有兩種焊接方式，一種是小孔型等離子弧焊，另一種就是熔透型等離子弧焊，其中30a以下的熔透型等離子弧又稱為微束等離子弧焊。小孔型等離子弧焊可用于焊接厚板，熔透型等離子弧主要用在焊接薄板。等離子弧焊中，保護(hù)氣體一般是5%-7%氫氣和93%-95%的氬氣，目的就是為了提高電弧的收縮性。但是許多時(shí)候在某些鈦合金與鋼管的焊接中，有時(shí)也使用純的氬氣或氬與氦的混合氣，這樣做可以有效避免鈦和氫氣生成鈦氫化物。4 總論越隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步，鈦合金越來(lái)越成為各行各業(yè)中普遍應(yīng)用的金屬類型。鈦合金與不銹鋼的焊接技術(shù)也隨著焊接設(shè)備的更新和焊接方法的改善取得了良性的進(jìn)展。但是對(duì)于兩種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都存在諸多差異的金屬來(lái)說(shuō)，鈦合金與不銹鋼的焊接還存在著許多需要完善的地方。這就需要我們?cè)谖〗?jīng)驗(yàn)和總結(jié)教訓(xùn)中不斷開(kāi)辟新的途徑，以便實(shí)現(xiàn)不同情況下鈦合金和鋼管的焊接，減少焊接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)1周波.不銹鋼與鈦合金脈沖加載擴(kuò)散焊接工藝研究d.重慶大學(xué)，2004.2任偉，陳家慶.淺