第三章異種非鐵金屬的焊接(3)

1、第三章 異種非鐵金屬的焊接第三節(jié) 鋼與鋁、鈦、鎳及其合金的焊接1、鋼與鋁及其合金的焊接特性、鋼與鋁及其合金的焊接特性 兩者之間的兩者之間的, , 并且并且兩者極易反應(yīng)兩者極易反應(yīng), , 這種脆性的這種脆性的金屬間化合物極大地降低了焊接接頭的力學(xué)性能。金屬間化合物極大地降低了焊接接頭的力學(xué)性能。表表1 鋼與鋁及鋁合金的物理性能對(duì)比鋼與鋁及鋁合金的物理性能對(duì)比材 料熔點(diǎn)/熱導(dǎo)率/W.m-1.K-1密 度/g.cm-3線膨脹系數(shù)/10-6.K-1電阻率/10-6.cm鋼碳鋼Q235150077.57.8611.761.5不銹鋼1Cr18Ni9Ti145016.37.9816.67.4鋁及鋁合金純鋁1

2、060（L2）658217.72.70242.66防銹鋁5A03(LF3)610146.52.6723.54.96防銹鋁5A06(LF6)580117.22.6424.76.73防銹鋁3A21(LF21)643163.32.7323.23.45硬鋁2A12(LY12)502121.42.7822.75.79硬鋁2A14(LD10)510159.12.8022.54.30 鐵與鋁既可以形成鐵與鋁既可以形成固溶體、金屬間化合物固溶體、金屬間化合物，又可以，又可以形成形成共晶體共晶體。鐵在固態(tài)鋁中的溶解度極小，室溫下。鐵在固態(tài)鋁中的溶解度極小，室溫下鐵幾乎不溶于鋁，所以含微量鐵的鋁合金在冷卻過(guò)鐵幾乎

3、不溶于鋁，所以含微量鐵的鋁合金在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物程中會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物FeAlFeAl3 3。隨著含鐵量的增加。隨著含鐵量的增加，相繼出現(xiàn)，相繼出現(xiàn)Fe2AlFe2Al、Fe2Al7Fe2Al7、Fe2Al5Fe2Al5、Fe2Al2Fe2Al2和和FeAlFeAl等，其中等，其中Fe2Al5Fe2Al5的脆性最大。由于在鋁合金中的的脆性最大。由于在鋁合金中的鐵鐵總是以金屬間化合物形式存在總是以金屬間化合物形式存在，其存在會(huì)影響鋁的，其存在會(huì)影響鋁的力學(xué)性能和焊接性能。力學(xué)性能和焊接性能。鋁中加入鐵會(huì)提高強(qiáng)度和硬度，降低塑性，增大脆性，對(duì)焊鋁中加入鐵會(huì)提高強(qiáng)度和硬度，降低塑性，增大

4、脆性，對(duì)焊接性影響嚴(yán)重。接性影響嚴(yán)重。鋁在鐵中的溶解度比鐵在鋁中的溶解度高很鋁在鐵中的溶解度比鐵在鋁中的溶解度高很多倍多倍，含大量鋁的鋼，具有某些良好的性能（如抗氧化性），含大量鋁的鋼，具有某些良好的性能（如抗氧化性），但含鋁量超過(guò)，但含鋁量超過(guò)5 5以上時(shí)具有較大的以上時(shí)具有較大的脆性脆性，嚴(yán)重地影響焊，嚴(yán)重地影響焊接性。接性。鋼與鋁及鋁合金鋼與鋁及鋁合金熔焊熔焊時(shí)，一般采用時(shí)，一般采用氬弧焊氬弧焊、電子束焊電子束焊以及以及氣氣焊焊等焊接方法。要想獲得良好的接頭，必須保證在接頭上等焊接方法。要想獲得良好的接頭，必須保證在接頭上不不產(chǎn)生金屬間化合物產(chǎn)生金屬間化合物。熔焊時(shí)，必須在。熔焊時(shí)，必須

5、在鋼表面鍍一層過(guò)渡金屬鋼表面鍍一層過(guò)渡金屬，此過(guò)渡層金屬與鋁要有很好的結(jié)合性，才能形成良好的焊，此過(guò)渡層金屬與鋁要有很好的結(jié)合性，才能形成良好的焊接接頭。接接頭。 在鋼表面鍍上與鋁相匹配的第三種金屬，如在鋼表面鍍上與鋁相匹配的第三種金屬，如鋅、銀鋅、銀等，等，厚度約厚度約303040m40m為過(guò)渡層，鋼側(cè)為為過(guò)渡層，鋼側(cè)為釬焊釬焊，鋁側(cè)為，鋁側(cè)為熔焊熔焊。 對(duì)接焊時(shí)，使用對(duì)接焊時(shí)，使用K K形坡口，坡口開在鋼材側(cè)。焊接熱源偏形坡口，坡口開在鋼材側(cè)。焊接熱源偏在鋁材一側(cè)，以使兩側(cè)受熱情況均衡，防止鍍層金屬蒸發(fā)。在鋁材一側(cè)，以使兩側(cè)受熱情況均衡，防止鍍層金屬蒸發(fā)。 使用氣體保護(hù)進(jìn)行焊接，如采用氬弧

6、焊。使用氣體保護(hù)進(jìn)行焊接，如采用氬弧焊。 鋼與鋁采用鋼與鋁采用摩擦焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊和冷壓焊摩擦焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊和冷壓焊等壓焊方法進(jìn)行等壓焊方法進(jìn)行焊接，也可以得到良好的接頭，但這些焊接方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，焊接，也可以得到良好的接頭，但這些焊接方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是焊件的形狀受到一定的限制。就是焊件的形狀受到一定的限制。 壓焊有利于鋼與鋁及鋁合金的焊接，壓焊有利于鋼與鋁及鋁合金的焊接，焊前必須徹底清理連接表面，焊前必須徹底清理連接表面，消除氧化物及薄膜消除氧化物及薄膜，同時(shí)要保證接頭處，同時(shí)要保證接頭處變形量在變形量在70%70%80%80%以上。為了以上。為了得到更好的焊接接頭，

7、也可在得到更好的焊接接頭，也可在鋼母材金屬表面先鍍一層鋼母材金屬表面先鍍一層ZnZn、CuCu或或AgAg。 碳鋼與純鋁的冷壓焊接頭，強(qiáng)度可達(dá)碳鋼與純鋁的冷壓焊接頭，強(qiáng)度可達(dá)8080100MPa100MPa；18-818-8奧氏體不奧氏體不銹鋼與銹鋼與Al-MgAl-Mg合金的接頭強(qiáng)度可達(dá)合金的接頭強(qiáng)度可達(dá)200200300MPa300MPa。采用摩擦焊時(shí)，為防。采用摩擦焊時(shí)，為防止產(chǎn)生金屬間化合物，應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時(shí)間并施加較大的擠壓止產(chǎn)生金屬間化合物，應(yīng)盡量縮短接頭的加熱時(shí)間并施加較大的擠壓力，以便將可能形成的金屬間化合物擠出接頭區(qū)。但加熱時(shí)間不能過(guò)力，以便將可能形成的金屬間化合物擠出

8、接頭區(qū)。但加熱時(shí)間不能過(guò)短，以免塑性變形量不足而不能形成完全結(jié)合。短，以免塑性變形量不足而不能形成完全結(jié)合。 碳鋼與鋁的常用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用直徑碳鋼與鋁的常用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用直徑3mm3mm的鎢電極，隨著工件厚度的增加，焊接電流、焊接電壓的鎢電極，隨著工件厚度的增加，焊接電流、焊接電壓也相應(yīng)的增加，焊接中填充金屬采用也相應(yīng)的增加，焊接中填充金屬采用。Q235Q235碳鋼與防銹鋁碳鋼與防銹鋁5A065A06（LF6LF6）氬弧焊的工藝參數(shù)見表）氬弧焊的工藝參數(shù)見表2 2。 2、鋼與鋁及其合金的焊接工藝、鋼與鋁及其合金的焊接工藝表表2 2 Q235Q235碳鋼與防銹鋁碳

9、鋼與防銹鋁5A065A06 氬弧焊的工藝參數(shù)氬弧焊的工藝參數(shù)被焊材料厚度/mm電極材料、直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/cm.s-1填充金屬化學(xué)成分/%Q235A+LF63鎢極，3110130160.180.22Ni3.5,Zn7,Si 45,Al余量Q235A+LF668鎢極，3130160180.180.24Q235A+LF6910鎢極，3180200200.180.28 低碳鋼與鋁及鋁合金（低碳鋼與鋁及鋁合金（L1L1、L2L2、L3L3、LF21LF21、LF3LF3和和LF5LF5等）等）氬弧焊時(shí)，在碳鋼表面采用浸漬法鍍上氬弧焊時(shí)，在碳鋼表面采用浸漬法鍍上10010012

10、0m120m厚的厚的鋅層，接頭強(qiáng)度也較好。鋼表面鍍鋅層厚度對(duì)接頭強(qiáng)度有鋅層，接頭強(qiáng)度也較好。鋼表面鍍鋅層厚度對(duì)接頭強(qiáng)度有很大影響，鍍鋅層越厚，接頭強(qiáng)度越高。很大影響，鍍鋅層越厚，接頭強(qiáng)度越高。 有鍍鋅層碳鋼與鋁及鋁合金氬弧焊時(shí)，有鍍鋅層碳鋼與鋁及鋁合金氬弧焊時(shí)，焊絲的選擇焊絲的選擇對(duì)接頭對(duì)接頭強(qiáng)度也有一定的影響。如鍍鋅的強(qiáng)度也有一定的影響。如鍍鋅的Q235Q235鋼與鋁鋼與鋁氬弧焊時(shí)，選氬弧焊時(shí)，選擇擇10351035（L L4 4）鋁絲）鋁絲作為填充材料，接頭強(qiáng)度可滿足某些工作為填充材料，接頭強(qiáng)度可滿足某些工件的要求，但不太穩(wěn)定，斷裂發(fā)生在焊縫上；用含件的要求，但不太穩(wěn)定，斷裂發(fā)生在焊縫上；

11、用含鎂焊絲鎂焊絲（LF5LF5）不能保證焊縫強(qiáng)度，且斷裂產(chǎn)生在電鍍層上；純不能保證焊縫強(qiáng)度，且斷裂產(chǎn)生在電鍍層上；純鋁鋁L2L2和和L3L3與鍍鋅鋼（鍍層厚度小于與鍍鋅鋼（鍍層厚度小于30m30m）焊接接頭強(qiáng)度）焊接接頭強(qiáng)度較好。較好。 為減少金屬間化合物脆性層厚度，必須提高焊接速度，但為減少金屬間化合物脆性層厚度，必須提高焊接速度，但焊接速度太大時(shí)會(huì)產(chǎn)生未焊透和其他形式的焊接缺陷。焊接速度太大時(shí)會(huì)產(chǎn)生未焊透和其他形式的焊接缺陷。 只有一層鍍鋅層不足以消除鋁與鋼產(chǎn)生的金屬間化合物。只有一層鍍鋅層不足以消除鋁與鋼產(chǎn)生的金屬間化合物。因此應(yīng)在鍍鋅之前先鍍一層因此應(yīng)在鍍鋅之前先鍍一層銅或銀銅或銀等金

12、屬。由于焊絲的熔等金屬。由于焊絲的熔點(diǎn)高于鋅的熔點(diǎn)，焊接加熱時(shí)鍍鋅層先熔化，漂浮在液體點(diǎn)高于鋅的熔點(diǎn)，焊接加熱時(shí)鍍鋅層先熔化，漂浮在液體表面上，而鋁在鋅層下與銅或銀鍍層發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)銅或表面上，而鋁在鋅層下與銅或銀鍍層發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)銅或銀溶解于鋁中，可以形成較好的焊接接頭。這種銀溶解于鋁中，可以形成較好的焊接接頭。這種銀鋅銀鋅或或銅鋅銅鋅復(fù)合鍍層的方法，可使鋼鋁焊接接頭強(qiáng)度提高到復(fù)合鍍層的方法，可使鋼鋁焊接接頭強(qiáng)度提高到147147176.4MPa176.4MPa。 在鋼件鍍層完成之后，便可對(duì)鋼、鋁件的表面進(jìn)行處理。在鋼件鍍層完成之后，便可對(duì)鋼、鋁件的表面進(jìn)行處理。對(duì)鋁件的表面處理可以用對(duì)鋁件

13、的表面處理可以用15%15%20%NaOH20%NaOH或或KOHKOH溶液侵蝕，溶液侵蝕，侵蝕后用清水沖洗，然后在侵蝕后用清水沖洗，然后在20%20%的的HNOHNO3 3中鈍化，沖洗和干中鈍化，沖洗和干燥之后，放在干凈的環(huán)境中待焊。燥之后，放在干凈的環(huán)境中待焊。不銹鋼與鋁之間的相互作用取決于不銹鋼的類型，鋁與不銹鋼直接進(jìn)不銹鋼與鋁之間的相互作用取決于不銹鋼的類型，鋁與不銹鋼直接進(jìn)行氬弧焊不會(huì)獲得良好的接頭。主要是因?yàn)樗鼈冎g會(huì)產(chǎn)生金屬間化行氬弧焊不會(huì)獲得良好的接頭。主要是因?yàn)樗鼈冎g會(huì)產(chǎn)生金屬間化合物，使接頭脆化。因此，對(duì)于不銹鋼與鋁的焊接，必須采用中間金合物，使接頭脆化。因此，對(duì)于不銹鋼

14、與鋁的焊接，必須采用中間金屬過(guò)渡層的辦法。屬過(guò)渡層的辦法。鍍層金屬種類不同，焊后結(jié)果也不同。鍍鍍層金屬種類不同，焊后結(jié)果也不同。鍍NiNi層焊接性較差，鍍層易被層焊接性較差，鍍層易被燒損；燒損；NiNi、CuCu、AgAg復(fù)合鍍層上易形成裂紋；復(fù)合鍍層上易形成裂紋；NiNi、CuCu、SnSn復(fù)合鍍層效果復(fù)合鍍層效果較好，較好，NiNi、ZnZn復(fù)合鍍層效果更佳。復(fù)合鍍層效果更佳。焊接接頭質(zhì)量在很大程度上取決于鍍鎳過(guò)程的質(zhì)量。焊前對(duì)鋁及鋁合焊接接頭質(zhì)量在很大程度上取決于鍍鎳過(guò)程的質(zhì)量。焊前對(duì)鋁及鋁合金的表面準(zhǔn)備也是十分重要的，包括表面清潔及鍍層。首先是金的表面準(zhǔn)備也是十分重要的，包括表面清潔及

15、鍍層。首先是清除油清除油脂、油垢，清水沖洗，鹽酸溶液侵蝕脂、油垢，清水沖洗，鹽酸溶液侵蝕，然后進(jìn)行，然后進(jìn)行鍍鎳鍍鎳鍍銅鍍銅鍍鋅鍍鋅，干燥后滲鋁，最后檢查鍍層表面質(zhì)量。干燥后滲鋁，最后檢查鍍層表面質(zhì)量。焊接電流為焊接電流為8080120A120A，鎢極直徑為，鎢極直徑為3mm3mm，填充鋁絲直徑，填充鋁絲直徑3mm3mm。焊接時(shí)，首先要使電弧指向鋁一側(cè)的焊絲上，以減小和防止鋅鍍層過(guò)多或過(guò)焊接時(shí)，首先要使電弧指向鋁一側(cè)的焊絲上，以減小和防止鋅鍍層過(guò)多或過(guò)早地被熔化。尤其是在焊第一層焊縫時(shí)，更要特別注意早地被熔化。尤其是在焊第一層焊縫時(shí)，更要特別注意鍍層不能過(guò)多或過(guò)早鍍層不能過(guò)多或過(guò)早地?zé)龘p地?zé)龘p

16、，必須使電弧指向填充焊絲上，以防止電弧直接熔化鍍鋅層。，必須使電弧指向填充焊絲上，以防止電弧直接熔化鍍鋅層。鋼與鋁氬弧焊的接頭方式和電弧位置如圖所示。從采用氬弧焊方法和接頭連鋼與鋁氬弧焊的接頭方式和電弧位置如圖所示。從采用氬弧焊方法和接頭連接方式來(lái)看，實(shí)質(zhì)上是接方式來(lái)看，實(shí)質(zhì)上是熔焊釬焊熔焊釬焊的工藝形式，即對(duì)的工藝形式，即對(duì)鋼件來(lái)說(shuō)是釬焊鋼件來(lái)說(shuō)是釬焊，而對(duì)，而對(duì)鋁件來(lái)說(shuō)是熔焊。這也是低熔點(diǎn)與高熔點(diǎn)異種材料焊接工藝一種有效的方法。鋁件來(lái)說(shuō)是熔焊。這也是低熔點(diǎn)與高熔點(diǎn)異種材料焊接工藝一種有效的方法。如圖如圖3 3所示是鋼與鋁的某種產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)示意。其主要特點(diǎn)為：鋁所示是鋼與鋁的某種產(chǎn)品的焊接

17、結(jié)構(gòu)示意。其主要特點(diǎn)為：鋁管壁厚比鋼管壁厚大管壁厚比鋼管壁厚大1 1倍；鋁管外徑比鋼管外徑大倍；鋁管外徑比鋼管外徑大4 410mm10mm，鋁管內(nèi)徑，鋁管內(nèi)徑比鋼管內(nèi)徑小比鋼管內(nèi)徑小4 410mm10mm；要求焊接接頭強(qiáng)度高、氣密性高。；要求焊接接頭強(qiáng)度高、氣密性高。焊接工藝步驟如下焊接工藝步驟如下: : 接頭開接頭開X X形坡口，鋼管坡口為形坡口，鋼管坡口為7070，鋁管坡口為，鋁管坡口為4040。 先將鋼管進(jìn)行機(jī)械清理，然后滲鋁，先將鋼管進(jìn)行機(jī)械清理，然后滲鋁，滲鋁長(zhǎng)度為滲鋁長(zhǎng)度為100100150mm150mm，對(duì)鋁，對(duì)鋁管進(jìn)行脫脂、酸洗及鈍化處理。管進(jìn)行脫脂、酸洗及鈍化處理。 焊接工藝

18、設(shè)備采用氬弧焊機(jī)，將鋼與鋁接頭進(jìn)行定位并裝配，接焊接工藝設(shè)備采用氬弧焊機(jī)，將鋼與鋁接頭進(jìn)行定位并裝配，接間間隙隙1.51.52mm2mm。 將將鋁管預(yù)熱到鋁管預(yù)熱到100100200200，然后用氬弧焊進(jìn)行多道焊，釷鎢極直徑，然后用氬弧焊進(jìn)行多道焊，釷鎢極直徑為為3.2mm3.2mm，焊絲直徑為，焊絲直徑為2mm2mm。 焊接時(shí)按圖焊接時(shí)按圖3 3中內(nèi)側(cè)順序焊接，焊接電流為中內(nèi)側(cè)順序焊接，焊接電流為45A45A，隨后按外側(cè)順序焊，隨后按外側(cè)順序焊接，焊接電流為接，焊接電流為606070A70A。 接頭內(nèi)外表面焊完后，進(jìn)行接頭內(nèi)外表面焊完后，進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷及時(shí)返修。，發(fā)現(xiàn)焊接

19、缺陷及時(shí)返修。 在某些特殊場(chǎng)合需要采用氣焊進(jìn)行焊接，例如在汽車維修中對(duì)小型零部件在某些特殊場(chǎng)合需要采用氣焊進(jìn)行焊接，例如在汽車維修中對(duì)小型零部件的焊接。氣焊是一種熔焊方法，常用的是的焊接。氣焊是一種熔焊方法，常用的是氧氣乙炔氧氣乙炔焊。氣焊操作簡(jiǎn)單，焊。氣焊操作簡(jiǎn)單，焊縫成形容易控制，設(shè)備小，適合焊接薄件及要求背面成形的焊縫。焊縫成形容易控制，設(shè)備小，適合焊接薄件及要求背面成形的焊縫。 碳鋼與純鋁或硬鋁進(jìn)行氣焊時(shí)，填充金屬采用碳鋼與純鋁或硬鋁進(jìn)行氣焊時(shí)，填充金屬采用Al-Zn-SnAl-Zn-Sn系合金系合金，并配用氣，并配用氣焊熔劑焊熔劑CJ401CJ401。為了防止氧化，采用中性焰進(jìn)行焊接

20、。碳鋼與鋁氣焊的工。為了防止氧化，采用中性焰進(jìn)行焊接。碳鋼與鋁氣焊的工藝參數(shù)見表藝參數(shù)見表3 3。被焊材料工作厚度/mm火焰熔劑牌號(hào)填充金屬化學(xué)成分/%純鋁+Q235A12中性焰CJ401Al88,Zn 5,Sn 7硬鋁+Q235A12中性焰CJ401Al87,Zn 5,Sn 8表表3 碳鋼與鋁氣焊的工藝參數(shù)碳鋼與鋁氣焊的工藝參數(shù) 由于電子束焊具有能量密度高，熔透能力強(qiáng)，焊接速度高等特點(diǎn)，使鋼與由于電子束焊具有能量密度高，熔透能力強(qiáng)，焊接速度高等特點(diǎn)，使鋼與鋁焊縫成形窄而深，母材熱影響區(qū)窄。鋁焊縫成形窄而深，母材熱影響區(qū)窄。 為了提高鋼與鋁焊接接頭的使用性能，可選用為了提高鋼與鋁焊接接頭的使用

21、性能，可選用AgAg作為中間過(guò)渡層作為中間過(guò)渡層的電子束的電子束焊接方法，焊后焊接方法，焊后焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可提高到焊接接頭的抗拉強(qiáng)度可提高到117.6117.6156.8MPa156.8MPa。因?yàn)?。因?yàn)锳gAg不會(huì)與不會(huì)與FeFe生成金屬間化合物，所以拉伸試件均斷裂在鋁母材一側(cè)。鋼與鋁生成金屬間化合物，所以拉伸試件均斷裂在鋁母材一側(cè)。鋼與鋁的電子束焊的工藝參數(shù)見表的電子束焊的工藝參數(shù)見表4 4。表表4 鋼與鋁電子束焊的工藝參數(shù)鋼與鋁電子束焊的工藝參數(shù)被焊材料板厚/mm電子束電流/A焊接速度/cms-1加速電壓/V中間層金屬鋁+低碳鋼1213801500.51.24050Ag鋁+不銹鋼5.

22、56.5951401.51.73050 焊縫金屬中含鋁量超過(guò)焊縫金屬中含鋁量超過(guò)65%65%時(shí)，能獲得良好的共晶合時(shí)，能獲得良好的共晶合金，而不產(chǎn)生裂紋。在焊接工藝上可調(diào)整熔合比，使金，而不產(chǎn)生裂紋。在焊接工藝上可調(diào)整熔合比，使焊縫金屬大部分進(jìn)入共晶區(qū)，可以大大減少裂紋。在焊縫金屬大部分進(jìn)入共晶區(qū)，可以大大減少裂紋。在焊接過(guò)程中，電子束流會(huì)使鋁熔化量增多，可在焊接過(guò)程中，電子束流會(huì)使鋁熔化量增多，可在FeFe與與AgAg邊界上產(chǎn)生一個(gè)邊界上產(chǎn)生一個(gè)AlAl濃度高的部分，會(huì)出現(xiàn)濃度高的部分，會(huì)出現(xiàn)FeAl2FeAl2、FeAlFeAl等金屬間化合物，使焊縫變脆，接頭強(qiáng)度下降，等金屬間化合物，使焊

23、縫變脆，接頭強(qiáng)度下降，甚至產(chǎn)生裂紋。甚至產(chǎn)生裂紋。 德國(guó)拜羅伊特大學(xué)的德國(guó)拜羅伊特大學(xué)的LaukantLaukant等人采用等人采用的異種金屬接頭的異種金屬接頭, , 分別選用鋅基合金分別選用鋅基合金ZnAl2ZnAl2、ZnAl15 ZnAl15 和鋁基合金和鋁基合金AlMg6MnAlMg6Mn。試。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)第二激光束對(duì)鋼板的預(yù)熱作用提高了填充材料對(duì)鋼板表驗(yàn)發(fā)現(xiàn)第二激光束對(duì)鋼板的預(yù)熱作用提高了填充材料對(duì)鋼板表面的潤(rùn)濕性能面的潤(rùn)濕性能, ,如圖如圖4 4所示。在拉伸力學(xué)性能測(cè)試時(shí)所示。在拉伸力學(xué)性能測(cè)試時(shí), ,發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋅基發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋅基填充材料的潤(rùn)濕寬度大于填充材料的潤(rùn)濕寬度大于3.5 mm3.5

24、mm時(shí)時(shí), ,搭接接頭的強(qiáng)度與鋁母材的搭接接頭的強(qiáng)度與鋁母材的強(qiáng)度相當(dāng)。強(qiáng)度相當(dāng)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張秉剛等哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張秉剛等：LF2LF2鋁合金與鋁合金與Q235Q235鋼加入中間鋼加入中間CuCu 層電子束焊接接頭組織及形成機(jī)理。層電子束焊接接頭組織及形成機(jī)理。 采用摩擦焊方法焊接采用摩擦焊方法焊接普通低碳鋼與鋁及鋁合金普通低碳鋼與鋁及鋁合金，是一種較，是一種較理想的焊接工藝。摩擦焊時(shí)，由于母材不發(fā)生熔化，加熱理想的焊接工藝。摩擦焊時(shí)，由于母材不發(fā)生熔化，加熱范圍窄、冷卻速度快，接頭不易產(chǎn)生氧化，也不產(chǎn)生金屬范圍窄、冷卻速度快，接頭不易產(chǎn)生氧化，也不產(chǎn)生金屬間化合物。雖然有時(shí)也產(chǎn)生一

25、些金屬間化合物，但在壓力間化合物。雖然有時(shí)也產(chǎn)生一些金屬間化合物，但在壓力作用下，能被擠出接口。所以采用摩擦焊方法能獲得良好作用下，能被擠出接口。所以采用摩擦焊方法能獲得良好的鋼與鋁焊接接頭。的鋼與鋁焊接接頭。 低碳鋼（低碳鋼（Q235Q235）與純鋁（）與純鋁（L4L4）摩擦焊的工藝參數(shù)見表）摩擦焊的工藝參數(shù)見表5 5。 1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不銹鋼與不銹鋼與L1L1純鋁摩擦焊的工藝參數(shù)見表純鋁摩擦焊的工藝參數(shù)見表6 6。 表表5 低碳鋼（低碳鋼（Q235）與純鋁（）與純鋁（L4）摩擦焊的工藝參數(shù)）摩擦焊的工藝參數(shù)直徑直徑/mm伸出長(zhǎng)度伸出長(zhǎng)度/mm頂鍛壓力頂鍛壓力/MPa

26、加熱時(shí)間加熱時(shí)間/s頂鍛量頂鍛量/mm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/rmin-1摩擦?xí)r摩擦?xí)r頂鍛時(shí)頂鍛時(shí)摩擦?xí)r摩擦?xí)r頂鍛時(shí)頂鍛時(shí)20+201249117.63.51012100025+251449117.641014100030+301549117.641015100035+351649494.5101475040+402049495121375050+5026494971015400表表6 1Cr18Ni9Ti不銹鋼與純鋁不銹鋼與純鋁L1摩擦焊的工藝參數(shù)摩擦焊的工藝參數(shù)被焊材料被焊材料工件直工件直徑徑/mm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/rmin-1送絲速度送絲速度/cmmin-1摩擦?xí)r間摩擦?xí)r間/s伸出長(zhǎng)度伸出長(zhǎng)度/mm摩擦壓摩擦

27、壓力力/MPa頂鍛壓頂鍛壓力力/MPa鋼鋼鋁鋁1Cr18Ni9Ti+L1管子管子60,壁厚壁厚51702446242240400不銹鋼端面機(jī)械加工成不銹鋼端面機(jī)械加工成 172172錐面錐面, , 光潔度為光潔度為0.10.10.4m0.4m。鋁合金焊接端面機(jī)械加工成平面鋁合金焊接端面機(jī)械加工成平面, , 光潔度為光潔度為0.20.21.3 m1.3 m。中間過(guò)渡金屬為厚度中間過(guò)渡金屬為厚度0.05 mm 0.05 mm 的的 L6 L6 純鋁箔純鋁箔。焊前必須車削。焊前必須車削焊接端面焊接端面, , 清除氧化膜。其中鋁箔焊前用清除氧化膜。其中鋁箔焊前用85%85%正磷酸、正磷酸、3%3%硝酸

28、硝酸和和12 %12 %蒸餾水溶液侵蝕以清除氧化膜。此外蒸餾水溶液侵蝕以清除氧化膜。此外, ,經(jīng)車削后的焊接經(jīng)車削后的焊接端面要立刻進(jìn)行焊接端面要立刻進(jìn)行焊接, , 以防止在空氣中再次形成氧化膜。焊以防止在空氣中再次形成氧化膜。焊接時(shí)鋁側(cè)采用封閉鋼環(huán)套夾持接時(shí)鋁側(cè)采用封閉鋼環(huán)套夾持, ,使之飛邊成形良好。使之飛邊成形良好。 鋼與鋁及鋁合金進(jìn)行鋼與鋁及鋁合金進(jìn)行真空擴(kuò)散焊真空擴(kuò)散焊時(shí)，在接觸面上能夠形成時(shí)，在接觸面上能夠形成鐵鋁金屬間化合物鐵鋁金屬間化合物，接頭強(qiáng)度下降。，接頭強(qiáng)度下降。 為了獲得良好的擴(kuò)散焊接頭，必須采用中間過(guò)渡層的焊接為了獲得良好的擴(kuò)散焊接頭，必須采用中間過(guò)渡層的焊接方法。中

29、間過(guò)渡層可用電鍍方法獲得很薄的金屬層，一般方法。中間過(guò)渡層可用電鍍方法獲得很薄的金屬層，一般選用選用銅和鎳銅和鎳。因?yàn)殂~與鎳能形成無(wú)限固溶體，而鎳與鐵、。因?yàn)殂~與鎳能形成無(wú)限固溶體，而鎳與鐵、鎳與鋁均能形成連續(xù)固溶體。這樣就能有效地防止焊縫中鎳與鋁均能形成連續(xù)固溶體。這樣就能有效地防止焊縫中出現(xiàn)鐵鋁金屬間化合物，顯著提高焊接接頭性能。出現(xiàn)鐵鋁金屬間化合物，顯著提高焊接接頭性能。 低碳鋼與低碳鋼與LF21LF21鋁合金進(jìn)行真空擴(kuò)散焊接時(shí)，可在低碳鋼上鋁合金進(jìn)行真空擴(kuò)散焊接時(shí)，可在低碳鋼上先鍍一層銅，先鍍一層銅，再鍍一層鎳再鍍一層鎳。在焊接溫度。在焊接溫度550550、焊接壓力、焊接壓力13.72

30、MPa13.72MPa、焊接時(shí)間、焊接時(shí)間2min2min、真空度真空度1.3331.3331010-2-2PaPa的工藝條件下，能獲得良好焊接接頭。的工藝條件下，能獲得良好焊接接頭。 1515號(hào)鋼與號(hào)鋼與L4L4純鋁擴(kuò)散焊時(shí)，可在純鋁擴(kuò)散焊時(shí)，可在1515號(hào)鋼上鍍號(hào)鋼上鍍上銅、鎳復(fù)合鍍層上銅、鎳復(fù)合鍍層，可獲得，可獲得良好的接頭。焊接工藝參數(shù)：焊接溫度良好的接頭。焊接工藝參數(shù)：焊接溫度550550，焊接壓力，焊接壓力12.25MPa12.25MPa，焊，焊接時(shí)間接時(shí)間2min2min，真空度，真空度1.3331.3331010-2-2PaPa。 焊接直徑為焊接直徑為252532mm32mm的

31、的L2L2純鋁與純鋁與12Cr18Ni9Ti12Cr18Ni9Ti鋼棒時(shí)，擴(kuò)散焊工藝參數(shù)鋼棒時(shí)，擴(kuò)散焊工藝參數(shù)為：焊接溫度為：焊接溫度500500，焊接壓力，焊接壓力7.35MPa7.35MPa，焊接時(shí)間，焊接時(shí)間30min30min，真空度，真空度（1.3331.3331010-2-2）（）（1.3331.3331010-4-4）PaPa，焊后的接頭強(qiáng)度，焊后的接頭強(qiáng)度b88.2MPab88.2MPa。接頭中形成了寬接頭中形成了寬4 46m6m的過(guò)渡層的過(guò)渡層. . 鋼與鋁及鋁合金的爆炸焊也是一鋼與鋁及鋁合金的爆炸焊也是一種有效的焊接方法。一般以厚度種有效的焊接方法。一般以厚度為為1.51.

32、54mm4mm的的純鋁純鋁與與1.51.515mm15mm厚厚的的1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行爆炸焊，不銹鋼進(jìn)行爆炸焊，能獲得質(zhì)量良好的焊接接頭，接能獲得質(zhì)量良好的焊接接頭，接頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)70.56MPa70.56MPa。碳。碳鋼復(fù)合板與鋁也可采用用爆炸焊鋼復(fù)合板與鋁也可采用用爆炸焊方法焊接，接頭質(zhì)量?jī)?yōu)良。如圖方法焊接，接頭質(zhì)量?jī)?yōu)良。如圖2 2所示為所示為18-818-8奧氏體不銹鋼與奧氏體不銹鋼與Al-MgAl-Mg合金管子爆炸焊接示意。合金管子爆炸焊接示意。 武鋼技術(shù)中心檢測(cè)所武鋼技術(shù)中心檢測(cè)所, ,李榮鋒等，鋁李榮鋒等，鋁- -鋼爆炸復(fù)合板的研究

33、：鋼爆炸復(fù)合板的研究： 進(jìn)行了三種質(zhì)量比的進(jìn)行了三種質(zhì)量比的鋁鋼爆炸復(fù)合板鋁鋼爆炸復(fù)合板試驗(yàn)試驗(yàn), , 所有復(fù)合板界面焊所有復(fù)合板界面焊合良好合良好, , 焊合率焊合率 95% , 95% , 結(jié)合強(qiáng)度結(jié)合強(qiáng)度 60M Pa, 60M Pa,而且基、復(fù)層材料對(duì)爆炸而且基、復(fù)層材料對(duì)爆炸沖擊波響應(yīng)的硬化程度不明顯沖擊波響應(yīng)的硬化程度不明顯, , 但但結(jié)合界面存在鐵、鋁金屬間化合物結(jié)合界面存在鐵、鋁金屬間化合物, , 故復(fù)合時(shí)應(yīng)仔細(xì)選擇爆炸參數(shù)故復(fù)合時(shí)應(yīng)仔細(xì)選擇爆炸參數(shù), , 盡量減少其生成量。盡量減少其生成量。 鐵在鈦中的溶解度極低，焊接時(shí)焊縫金屬中容易形成金屬間鐵在鈦中的溶解度極低，焊接時(shí)焊縫

34、金屬中容易形成金屬間化合物化合物FeTiFeTi、Fe2TiFe2Ti，使接頭金屬塑性嚴(yán)重下降，脆性增加。，使接頭金屬塑性嚴(yán)重下降，脆性增加。與不銹鋼焊接時(shí)，鈦還會(huì)與與不銹鋼焊接時(shí)，鈦還會(huì)與FeFe、CrCr、NiNi形成更加形成更加復(fù)雜的金屬?gòu)?fù)雜的金屬間化合物，使焊縫嚴(yán)重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋、氣孔間化合物，使焊縫嚴(yán)重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋、氣孔。因此，。因此，最好避免采用熔焊方法，盡量采用最好避免采用熔焊方法，盡量采用壓焊或釬等壓焊或釬等方法。方法。 1、鋼與鈦及其合金的焊接特性、鋼與鈦及其合金的焊接特性 TiFe TiFe 相是硬脆的金屬間化合物相是硬脆的金屬間化合物, , 在在 TiTi與與F

35、e Fe 組組成的合金中成的合金中, , 它劇烈地提高合金的強(qiáng)度它劇烈地提高合金的強(qiáng)度, , 但顯著地降但顯著地降低塑性。含有低塑性。含有0.14%0.14% FeFe的鈦的鈦, ,它的硬度為它的硬度為Hv199,Hv199,而當(dāng)而當(dāng)含含F(xiàn)eFe量為量為2.2%2.2%時(shí)時(shí), ,硬度則提高到硬度則提高到Hv450,Hv450,則相應(yīng)地從則相應(yīng)地從18.5%18.5%降低到降低到2.5%2.5%。 當(dāng)鈦與鋼直接熔焊時(shí)當(dāng)鈦與鋼直接熔焊時(shí), ,焊縫中的含鐵量會(huì)超過(guò)在鈦焊縫中的含鐵量會(huì)超過(guò)在鈦中的溶解度范圍中的溶解度范圍, ,在焊縫中極易形成在焊縫中極易形成脆性的金屬間化脆性的金屬間化合物合物。除金屬

36、間化合物外。除金屬間化合物外, ,焊縫中還有與金屬間化合焊縫中還有與金屬間化合物形成的物形成的低熔點(diǎn)共晶體。低熔點(diǎn)共晶體。 高溫下鈦易于吸收氫、氧、氮。從高溫下鈦易于吸收氫、氧、氮。從250250開始吸收氫，開始吸收氫，從從400400開始吸收氧，從開始吸收氧，從600600開始吸收氮，使焊接區(qū)被開始吸收氮，使焊接區(qū)被這些氣體污染而脆化，甚至產(chǎn)生氣孔。焊接時(shí)，加熱到這些氣體污染而脆化，甚至產(chǎn)生氣孔。焊接時(shí)，加熱到400400以上的區(qū)域必須用惰性氣體保護(hù)。以上的區(qū)域必須用惰性氣體保護(hù)。 鈦及鈦合金的熱導(dǎo)率大約只有鋼的鈦及鈦合金的熱導(dǎo)率大約只有鋼的1/61/6，彈性模量只，彈性模量只有鋼的有鋼的1

37、/21/2。由于熱導(dǎo)率較小，焊接時(shí)容易引起。由于熱導(dǎo)率較小，焊接時(shí)容易引起變形變形?？?。可以采用剛性?shī)A具、冷卻壓塊、反變形及選用合適的焊接以采用剛性?shī)A具、冷卻壓塊、反變形及選用合適的焊接工藝等方法防止和減少變形。焊后應(yīng)進(jìn)行退火消除內(nèi)應(yīng)工藝等方法防止和減少變形。焊后應(yīng)進(jìn)行退火消除內(nèi)應(yīng)力。退火工藝應(yīng)根據(jù)合金牌號(hào)、結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)力大小及力。退火工藝應(yīng)根據(jù)合金牌號(hào)、結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)力大小及分布狀態(tài)諸因素來(lái)決定，一般在分布狀態(tài)諸因素來(lái)決定，一般在550550650650下保溫下保溫1 14h4h。退火處理最好在真空或氬氣中進(jìn)行，在空氣中熱處理的退火處理最好在真空或氬氣中進(jìn)行，在空氣中熱處理的零件要進(jìn)行酸洗，以

38、清除氧化膜。零件要進(jìn)行酸洗，以清除氧化膜。 從從鈦鋼鈦鋼直接熔焊試樣的微觀分析及有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道看直接熔焊試樣的微觀分析及有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道看, ,要取得塑性的鈦鋼直接熔焊接頭是要取得塑性的鈦鋼直接熔焊接頭是不可能的不可能的, ,加中間加中間填料填料, ,使它們間接地焊接起來(lái)是目前的可行方案。使它們間接地焊接起來(lái)是目前的可行方案。 與兩種基體與兩種基體( (鈦及鋼鈦及鋼) ) 分別有好的焊接性分別有好的焊接性, , 這是基本這是基本條件條件; ; 要有一定的強(qiáng)度要有一定的強(qiáng)度; ; 耐腐蝕性要好。耐腐蝕性要好。 后兩個(gè)條件可視產(chǎn)品要求而定。后兩個(gè)條件可視產(chǎn)品要求而定。鈮銅組合作中間填料鈮銅組合作中間填料

39、 用鈮與銅組合做中間填料用鈮與銅組合做中間填料, ,使鈦與鋼間接地焊接起來(lái)使鈦與鋼間接地焊接起來(lái), ,這樣這樣就形成鈦鈮銅鋼接頭。用的材料是就形成鈦鈮銅鋼接頭。用的材料是TA5 TA5 鈦板、純鈮鈦板、純鈮板、板、1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼板、不銹鋼板、1010號(hào)低碳鋼板及青銅板。鈦號(hào)低碳鋼板及青銅板。鈦鈮銅鋼接頭本身存在著鈮銅鋼接頭本身存在著3 3 組接頭組接頭: :即鈮鈦、銅鋼及即鈮鈦、銅鋼及鈮銅。鈮銅。 鈦鈮接頭從鈦鈮接頭從TiTiNb Nb 二元狀態(tài)圖看二元狀態(tài)圖看, , 該兩元素形成無(wú)限該兩元素形成無(wú)限固溶體固溶體, ,有很好的互溶特性有很好的互溶特性, ,不

40、產(chǎn)生脆性的金屬間化合物。不產(chǎn)生脆性的金屬間化合物。如果用高純度合金及焊絲如果用高純度合金及焊絲, ,在保護(hù)氣氛中進(jìn)行焊接在保護(hù)氣氛中進(jìn)行焊接, ,將能得將能得到高塑性、無(wú)裂紋的鈦鈮接頭。到高塑性、無(wú)裂紋的鈦鈮接頭。鈮銅組合作中間填料鈮銅組合作中間填料鈦鈮銅鋼接頭本身存在著鈦鈮銅鋼接頭本身存在著3 3 組接頭組接頭: :即鈮鈦、銅鋼及鈮銅。即鈮鈦、銅鋼及鈮銅。 鋼與鈦的熔焊主要采用中間過(guò)渡層，以避免金屬間化鋼與鈦的熔焊主要采用中間過(guò)渡層，以避免金屬間化合物的產(chǎn)生。過(guò)渡層可以采用兩種方法：一是采用合物的產(chǎn)生。過(guò)渡層可以采用兩種方法：一是采用軋制軋制鋼鈦復(fù)合板鋼鈦復(fù)合板，二是，二是加入中間層加入中間

41、層。厚。厚1 11.5mm1.5mm的鈦與不銹鋼氬弧焊時(shí)可采用的鈦與不銹鋼氬弧焊時(shí)可采用鉭、青銅復(fù)合中間層鉭、青銅復(fù)合中間層，接頭強(qiáng)度接頭強(qiáng)度b b588MPa588MPa。也可以采用。也可以采用Ni-CuNi-Cu合金作為中合金作為中間層間層。2、鋼與鈦及其合金的焊接工藝、鋼與鈦及其合金的焊接工藝 碳鋼、不銹鋼與鈦焊接時(shí)，還可以采用碳鋼、不銹鋼與鈦焊接時(shí)，還可以采用釩作為中間層釩作為中間層。先在鋼板上加工出一定形狀的凹槽，然后在先在鋼板上加工出一定形狀的凹槽，然后在凹槽中焊上釩凹槽中焊上釩的中間層，再用氬弧焊（不加絲）把的中間層，再用氬弧焊（不加絲）把鈦板焊在釩中間層鈦板焊在釩中間層上，上，

42、采用這種工藝接頭力學(xué)性能好，而且還具有良好的塑性。采用這種工藝接頭力學(xué)性能好，而且還具有良好的塑性。 采用自動(dòng)氬弧焊焊接采用自動(dòng)氬弧焊焊接Cr15Ni5AlTiCr15Ni5AlTi不銹鋼與鈦合金不銹鋼與鈦合金TClTCl時(shí)，可以選用加時(shí)，可以選用加鎢的釩合金作為中間金屬層鎢的釩合金作為中間金屬層。中間金屬層。中間金屬層寬度為寬度為8 810mm10mm，厚度為，厚度為1 11.5mm1.5mm，用直流正接電源，外加，用直流正接電源，外加氬氣保護(hù)，焊接電流為氬氣保護(hù)，焊接電流為707080A80A，焊接速度為，焊接速度為0.83cm/s0.83cm/s。在。在焊接焊接釩與鋼釩與鋼時(shí)，鎢極要偏向

43、釩一側(cè)時(shí)，鎢極要偏向釩一側(cè)1/21/2鎢極直徑的距離。焊鎢極直徑的距離。焊縫含釩量在縫含釩量在6%6%12%12%時(shí)，焊接接頭的彎曲角可達(dá)時(shí)，焊接接頭的彎曲角可達(dá)140140，如果，如果電極偏向釩一側(cè)時(shí)，增加釩的熔化量，焊縫中釩的含量可電極偏向釩一側(cè)時(shí)，增加釩的熔化量，焊縫中釩的含量可達(dá)達(dá)40%40%45%45%，焊縫金屬中形成穩(wěn)定的，焊縫金屬中形成穩(wěn)定的相，彎曲角可達(dá)相，彎曲角可達(dá)150150180180。 電子束焊焊接能量高、穿透能力強(qiáng)，適合于焊接各種難電子束焊焊接能量高、穿透能力強(qiáng)，適合于焊接各種難熔金屬，還可實(shí)現(xiàn)多種異種金屬的直接連接，例如高熔熔金屬，還可實(shí)現(xiàn)多種異種金屬的直接連接，例

44、如高熔點(diǎn)的氧化材料、鈦及鈦合金等難焊金屬的焊接。鋼與鈦點(diǎn)的氧化材料、鈦及鈦合金等難焊金屬的焊接。鋼與鈦及鈦合金的真空電子束焊的最大特點(diǎn)是獲得窄而深的焊及鈦合金的真空電子束焊的最大特點(diǎn)是獲得窄而深的焊縫（縫（1 1: :3 3或或1 1: :2020），而且熱影響區(qū)很窄。在真空中焊接，），而且熱影響區(qū)很窄。在真空中焊接，避免了由于避免了由于鈦在高溫中吸收氫、氧、氮而產(chǎn)生的焊縫脆鈦在高溫中吸收氫、氧、氮而產(chǎn)生的焊縫脆化化。在電子束的焊縫中有可能。在電子束的焊縫中有可能生成金屬間化合物生成金屬間化合物（FeTiFeTi、Fe2TiFe2Ti），使接頭），使接頭塑性降低塑性降低。由于焊縫比較窄，在工藝

45、。由于焊縫比較窄，在工藝上加以上加以控制可以減少生成控制可以減少生成FeTiFeTi和和Fe2TiFe2Ti。因此，鋼與鈦。因此，鋼與鈦的電子束焊接可以獲得良好質(zhì)量的焊接接頭。的電子束焊接可以獲得良好質(zhì)量的焊接接頭。 鋼與鈦及鈦合金真空電子束焊接時(shí)，一般選用鋼與鈦及鈦合金真空電子束焊接時(shí)，一般選用NbNb和青銅和青銅作為填充材料作為填充材料，可以獲得，可以獲得不出現(xiàn)金屬間化合物不出現(xiàn)金屬間化合物的焊縫，的焊縫，接頭強(qiáng)度高且具有一定的塑性，焊縫不出現(xiàn)裂紋和其缺接頭強(qiáng)度高且具有一定的塑性，焊縫不出現(xiàn)裂紋和其缺陷。如果不用中間層焊接時(shí)，將獲得塑性低的接頭，甚陷。如果不用中間層焊接時(shí)，將獲得塑性低的接

46、頭，甚至出現(xiàn)裂紋。這些中間層的合金有至出現(xiàn)裂紋。這些中間層的合金有V+CuV+Cu、Cu+NiCu+Ni、AgAg、V+Cu+NiV+Cu+Ni、NbNb和和TaTa等等，采用中間層的焊接工藝比較復(fù)雜，采用中間層的焊接工藝比較復(fù)雜，一般應(yīng)用的較少。鋼與鈦及鈦合金的真空電子束焊之前，一般應(yīng)用的較少。鋼與鈦及鈦合金的真空電子束焊之前，必須對(duì)必須對(duì)鈦的表面進(jìn)行清理鈦的表面進(jìn)行清理，即對(duì)端面用不銹鋼絲刷或，即對(duì)端面用不銹鋼絲刷或機(jī)機(jī)械加工之后再進(jìn)行酸洗，用水沖洗干凈械加工之后再進(jìn)行酸洗，用水沖洗干凈，其酸洗液見表，其酸洗液見表8 8。 表表8 鈦及鈦合金酸洗溶液鈦及鈦合金酸洗溶液酸 洗 溶 液浸 洗

47、時(shí) 間作 用HCl：350mLL-1HNO3：60mLL-1NaF：50mLL-1 H2O：余量260 mLL-1 酸洗液中室溫下3min左右除去氧化膜油污及雜質(zhì)HF：10%HNO3：30%H2O：60%室溫下浸洗1 min除去氧化膜油污及雜質(zhì) 采用真空擴(kuò)散焊方法焊接鋼與鈦及鈦合金，一般情況采用真空擴(kuò)散焊方法焊接鋼與鈦及鈦合金，一般情況下，多采用下，多采用中間擴(kuò)散層或復(fù)合填充材料中間擴(kuò)散層或復(fù)合填充材料。這些中間擴(kuò)散層。這些中間擴(kuò)散層材料一般采用材料一般采用V V、NbNb、TaTa、MoMo、CuCu等，復(fù)合層有等，復(fù)合層有V+CuV+Cu、Cu+NiCu+Ni、V+Cu+NiV+Cu+Ni

48、以及以及TaTa和青銅和青銅等。等。最常用的中間擴(kuò)散層金最常用的中間擴(kuò)散層金屬是屬是CuCu。在高溫下，。在高溫下，CuCu與與TiTi之間產(chǎn)生擴(kuò)散，而且之間產(chǎn)生擴(kuò)散，而且銅在鈦中銅在鈦中具有一定的溶解度具有一定的溶解度。此外，加入銅還可以。此外，加入銅還可以控制碳向鈦中擴(kuò)控制碳向鈦中擴(kuò)散散，并且鋼具有良好的塑性，有助于形成良好的界面。，并且鋼具有良好的塑性，有助于形成良好的界面。 純鐵與純鐵與TA7TA7的真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)見表的真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)見表8 8。幾種不銹。幾種不銹鋼與鋼與TA7TA7真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)見表真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)見表9 9。表表8 純純 鐵與鐵與TA7真空擴(kuò)散

49、焊的工藝參數(shù)真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)被焊材料中間擴(kuò)散層材料工 藝 參 數(shù)備 注焊接溫度/保溫時(shí)間/min壓力/MPa真空度/Pa純鐵+TA7Mo8001010.391.333102鐵鉬熔合線開裂純鐵+TA7Mo10002017.251.333102鐵鉬熔合線開裂純鐵+TA7無(wú)7001017.251.333102接觸面上硬度增高純鐵+TA7無(wú)10001010.391.333102純鐵側(cè)硬度增高表表9 幾種不銹鋼與幾種不銹鋼與TA7真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)真空擴(kuò)散焊的工藝參數(shù)被焊材料中間擴(kuò)散層材料工 藝 參 數(shù)備 注焊接溫度/保溫時(shí)間/min壓力/MPa真空度/PaCr25Ni15+TA7無(wú)500106.

50、861.333102接頭有裂紋Cr25Ni15+TA7無(wú)5002017.641.333102接頭有裂紋Cr25Ni15+TA7無(wú)700106.861.333102鋼與鈦有相Cr25Ni15+TA7無(wú)7002017.641.333102Cr25Ni15+TA7Ta900108.821.333102接頭b292.4MPaCr25Ni15+TA7Ta11001011.071.333102有TaFe2,NiTa12Cr18Ni10Ti+TA7無(wú)900150.981.333103b274.4323.4MPa12Cr18Ni10Ti+TA7V900150.981.333103b274.4323.4MPa1

51、2Cr18Ni10Ti+TA7V+Cu900150.981.333103有化合物12Cr18Ni10Ti+TA7V+Cu+Ni1000154.91.333103有化合物12Cr18Ni10Ti+TA7V+Cu+Ni1000104.91.333103有化合物鈦及鈦合金焊接過(guò)程中高溫時(shí)易吸收鈦及鈦合金焊接過(guò)程中高溫時(shí)易吸收氫、氧、氮等氣體而產(chǎn)生脆化，而在氫、氧、氮等氣體而產(chǎn)生脆化，而在鋼與鈦及鈦合金釬焊時(shí)也同樣要防止鋼與鈦及鈦合金釬焊時(shí)也同樣要防止高溫時(shí)受氫、氧、氮的侵害，高溫時(shí)受氫、氧、氮的侵害，釬焊過(guò)釬焊過(guò)程必須在氬或氦氣保護(hù)下的爐中進(jìn)行程必須在氬或氦氣保護(hù)下的爐中進(jìn)行，可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭

52、。圖可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。圖1313所示所示為為Q235Q235鋼與鋼與TA2TA2鈦環(huán)的釬焊接頭實(shí)例。鈦環(huán)的釬焊接頭實(shí)例。上環(huán)為鈦（上環(huán)為鈦（TA2TA2）環(huán)，下環(huán)為）環(huán)，下環(huán)為Q235Q235鋼并鋼并加工成凸臺(tái)，上環(huán)加工成凹槽。釬焊加工成凸臺(tái)，上環(huán)加工成凹槽。釬焊時(shí)，在凸臺(tái)和凹槽之間的空隙中放置時(shí)，在凸臺(tái)和凹槽之間的空隙中放置釬料釬料HL313HL313。 焊前將焊件表面清理干凈，不可有油污和氧化膜等。放置焊前將焊件表面清理干凈，不可有油污和氧化膜等。放置釬料厚度為釬料厚度為0.1mm0.1mm，可放置，可放置兩層箔片兩層箔片，再用，再用4mm4mm絲狀釬料，絲狀釬料，放置于凸臺(tái)之上，最

53、后裝配好并固定。將放置于凸臺(tái)之上，最后裝配好并固定。將裝配好的釬焊組裝配好的釬焊組合體放入充氬氣的箱中合體放入充氬氣的箱中，并裝入，并裝入H-75H-75型電氣爐中加熱進(jìn)行型電氣爐中加熱進(jìn)行釬焊，釬焊，Q235Q235鋼與鋼與TA2TA2鈦環(huán)釬焊的工藝參數(shù)見表鈦環(huán)釬焊的工藝參數(shù)見表1010。表表10 Q235鋼與鋼與TA2鈦環(huán)釬焊的工藝參數(shù)鈦環(huán)釬焊的工藝參數(shù)被焊材料釬料焊接溫度/保溫時(shí)間/min保護(hù)氣體加熱方式備 注Q235+TA2HL303（4mm）90020氬氣H-75箱式電爐75W接頭強(qiáng)度b98MPa經(jīng)核驗(yàn)后為合格品1 1、鋼與鎳焊接時(shí)的主要問(wèn)題、鋼與鎳焊接時(shí)的主要問(wèn)題 鎳及其合金與鋼焊

54、接時(shí)，液態(tài)金屬中能溶解較多的氧，高鎳及其合金與鋼焊接時(shí)，液態(tài)金屬中能溶解較多的氧，高溫時(shí)氧與鎳形成溫時(shí)氧與鎳形成NiONiO，NiONiO與液態(tài)金屬中的氫和碳發(fā)生下列與液態(tài)金屬中的氫和碳發(fā)生下列反應(yīng)：反應(yīng)： 所生成的水蒸氣和一氧化碳在熔池凝固時(shí)如來(lái)不及逸出，所生成的水蒸氣和一氧化碳在熔池凝固時(shí)如來(lái)不及逸出，便形成氣孔。同時(shí)，在熔池冷卻過(guò)程中，氮的溶解度也急便形成氣孔。同時(shí)，在熔池冷卻過(guò)程中，氮的溶解度也急劇降低，過(guò)剩的氮?dú)鈦?lái)不及逸出，也形成氣孔。劇降低，過(guò)剩的氮?dú)鈦?lái)不及逸出，也形成氣孔。 氧對(duì)焊縫中氣孔傾向影響重大。由上表可見，在氮和氫氣氧對(duì)焊縫中氣孔傾向影響重大。由上表可見，在氮和氫氣含量變

55、化不大的情況下，焊縫中含氧量越高，焊縫氣孔數(shù)含量變化不大的情況下，焊縫中含氧量越高，焊縫氣孔數(shù)量越多。由于低碳鋼熔化時(shí)，有較多的碳過(guò)渡到焊縫中，量越多。由于低碳鋼熔化時(shí)，有較多的碳過(guò)渡到焊縫中，所以，低碳鋼與鎳焊接時(shí)，焊接中產(chǎn)生的所以，低碳鋼與鎳焊接時(shí)，焊接中產(chǎn)生的COCO氣體，比純鎳氣體，比純鎳焊接時(shí)高得多。依式（焊接時(shí)高得多。依式（2 2）可見，鋼中含碳量越高，或熔池）可見，鋼中含碳量越高，或熔池中含氧量越多，焊縫氣孔傾向越大。中含氧量越多，焊縫氣孔傾向越大。純鎳與鋼埋弧焊的鐵鎳焊縫中氣體含量和氣孔數(shù)量的關(guān)系純鎳與鋼埋弧焊的鐵鎳焊縫中氣體含量和氣孔數(shù)量的關(guān)系NiONH100mm62.80.

56、11500.00060.000420060.20.05800.00060.00026068.90.02000.00050.00041569.80.02500.00050.00071572.80.00120.00050.0006170.10.00150.00050.00051焊縫中鎳含量，對(duì)氣孔傾向也有很大影響。氧在液態(tài)鎳中的溶解度大焊縫中鎳含量，對(duì)氣孔傾向也有很大影響。氧在液態(tài)鎳中的溶解度大于在液態(tài)鋼中的溶解度，而氧在固態(tài)鎳中的溶解度卻比在鋼中小。因于在液態(tài)鋼中的溶解度，而氧在固態(tài)鎳中的溶解度卻比在鋼中小。因此，氧的溶解度在鎳結(jié)晶時(shí)的突變，比在鋼結(jié)晶時(shí)的突變更加明顯。此，氧的溶解度在鎳結(jié)晶時(shí)的

57、突變，比在鋼結(jié)晶時(shí)的突變更加明顯。所以，如圖所以，如圖a a所示，當(dāng)焊縫中含所示，當(dāng)焊縫中含15-30%Ni15-30%Ni時(shí)的氣孔傾向較小，而當(dāng)鎳時(shí)的氣孔傾向較小，而當(dāng)鎳含量大時(shí)，氣孔傾向較大。但由于焊縫中的碳，主要是從低碳鋼中熔含量大時(shí)，氣孔傾向較大。但由于焊縫中的碳，主要是從低碳鋼中熔入的，當(dāng)焊縫中含鎳量進(jìn)一步提高到入的，當(dāng)焊縫中含鎳量進(jìn)一步提高到60-90%60-90%時(shí)，鋼的熔入量必然降低，時(shí)，鋼的熔入量必然降低，焊縫中含碳量減少，由式（焊縫中含碳量減少，由式（2 2）可知，其氣孔傾向便降低。）可知，其氣孔傾向便降低。可向焊縫中加入可向焊縫中加入MnMn、CrCr、MoMo、AIAI

58、及及TiTi等元素。因?yàn)榈仍?。因?yàn)镸nMn、TiTi及及AIAI具有強(qiáng)烈的脫氧具有強(qiáng)烈的脫氧作用，而作用，而CrCr和和MnMn能提高氣體在固態(tài)金屬中的溶解度，能提高氣體在固態(tài)金屬中的溶解度，AIAI和和TiTi還能把氮固定在穩(wěn)定的化合物中。還能把氮固定在穩(wěn)定的化合物中。 在鋼與鎳及合金的焊縫中，由于高鎳焊縫具有樹枝在鋼與鎳及合金的焊縫中，由于高鎳焊縫具有樹枝狀組織，在粗大柱狀晶粒邊界上，容易集中低熔點(diǎn)共晶體狀組織，在粗大柱狀晶粒邊界上，容易集中低熔點(diǎn)共晶體（主要有（主要有NiSNiS共晶和共晶和NiPNiP共晶），從而降低了晶間的結(jié)共晶），從而降低了晶間的結(jié)合力，降低了焊縫抗熱裂紋的能力。合力，降低了焊縫抗熱裂紋的能力。 焊縫金屬中鎳的含量對(duì)熱裂紋有影響，由于焊縫金屬中鎳的含量對(duì)熱裂紋有影響，由于NiSNiS共共晶（熔點(diǎn)晶（熔點(diǎn)645645）和）和NiPNiP共晶（熔點(diǎn)共晶（熔點(diǎn)880880）的熔點(diǎn)比）的熔點(diǎn)比FeSFeS共晶（熔點(diǎn)共晶（熔點(diǎn)988988）和）和FePFeP共晶（熔點(diǎn)共晶（熔點(diǎn)10501050）的）的熔點(diǎn)更低，所以，焊縫中含鎳量越高，熱裂傾向也越大。熔點(diǎn)更低，所以，焊縫中含鎳量越高，熱裂傾向也越大。此外，在單相奧氏體焊縫中，當(dāng)