最新刊期
      2022 年 第 6 期
      本期电子书

      钛合金焊接

      龙伟民

        专题讨论

      • 钟素娟,刘攀,秦建,司浩,龙伟民,方乃文
        2022, 52(6): 1-9. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.01
        摘要：我国在大尺寸、耐高压、大载荷、强振动、高温腐蚀等极端服役的高效钛合金换热器制造方面短板突出，目前钛合金板翅式散热器已经成为高端装备动力与环控系统核心部件，其制造方法主要为钎焊，本文主要从钎焊方法与设备、钎焊工艺技术、钛合金钎焊材料三个核心因素方面对目前国内外的相关理论知识与技术研究展开综合性分析评述。并指出了钛合金板翅式散热器钎焊目前尚存的问题与难题。围绕开发新设备、研制新钎料、研发新工艺这三个方面对未来钛合金板翅式散热器钎焊制造的发展进行展望。  
        关键词：钛合金;板翅式散热器;钎焊;钎焊材料   
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        发布时间：2022-06-30
      • 黄瑞生,方乃文,武鹏博,徐锴,秦建,赵德民,曾才有,周坤
        2022, 52(6): 10-24. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.02
        摘要：钛合金因其具有比强度高、耐腐蚀性能好和高温性能优良等特点，被广泛应用于航空航天、海洋装备等领域。近年来，随着对厚壁钛合金的需求不断提高，厚壁钛合金的焊接技术也展现出了巨大的应用价值。因此，本文综述了厚壁钛合金材料熔化焊接技术的研究进展，主要涵盖非熔化极气体保护焊、电子束焊和激光焊等，并对厚壁钛合金焊接技术的发展趋势进行了展望。  
        关键词：厚壁;钛合金;熔化焊;电子束焊;激光焊   
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        发布时间：2022-06-30
      • 方乃文,黄瑞生,谢吉林,曹浩,秦建,王善林,武鹏博,邹吉鹏
        2022, 52(6): 25-34. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.03
        摘要：采用激光填丝焊接方法进行96 mm厚TC4钛合金板超窄间隙焊接，并对焊接接头进行了组织和性能分析。研究发现：焊缝整体呈钉形，没有出现气孔、裂纹及侧壁未熔合等焊接缺陷；焊缝区域主要由大量细长针状α'马氏体相互交织构成；焊接接头上中下3部分热影响区宽度、焊缝区域中α'马氏体板条宽度和位错密度呈递减趋势；焊接接头下部焊缝区域的α'马氏体晶界取向差在55°~65°的大角度晶界分布较中部和上部焊缝区域组织中略少一些；上中下3部分焊接接头中的焊缝区域显微硬度均明显高于热影响区和母材；沿壁厚方向焊接接头的抗拉强度与母材相当，焊接接头断裂位置均位于硬度值较高的焊缝处；最大局部应变出现在焊接接头下部中靠近母材的焊缝区域，局部应变值达到26.3%，而最小的局部应变值出现在焊接接头上部靠近母材的焊缝区，局部应变值约为14.5%。  
        关键词：大厚度;钛合金;激光填丝焊;超窄间隙焊接;组织性能   
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        发布时间：2022-06-30
      • 裴夤崟,杨浩哲,秦建,司浩,龙伟民,方乃文
        2022, 52(6): 35-45. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.04
        摘要：钛合金具有优异的综合性能，广泛应用在空天和海洋等领域，钎焊技术是钛合金部件的关键连接方法，但存在诸多难题，解决钛合金高可靠钎焊连接具有重要的科学和工程意义。从钛的物理和化学性质出发，分析其钎焊特性，介绍钛合金的常用钎焊方法，阐述了国内外钛合金用钎料的研究进展，并描述了几类典型的钛-异种金属钎焊接头的组织和力学性能特征，讨论了工艺参数对接头强韧化的作用机制；并针对钛及钛合金钎焊时存在低溶蚀高强韧钎料缺失、钎焊设备生产效率受限、充分扩散溶蚀—强韧化矛盾和接头残余应力模拟困难等难点，提出了系统研究钎料组元与成形能力的关系、开发多热源耦合作用真空钎焊设备、探明脆性化合物生成机制与控制措施和计算材料学与CAE仿真协同预测接头性能的基本思路。  
        关键词：钛合金;钎焊;钛基钎料;工艺参数   
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        发布时间：2022-06-30
      • 王永东,常萌阳,王金宇,郑永杰,任远达
        2022, 52(6): 46-54. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.05
        摘要：随着钛合金应用范围不断扩大，对其性能也提出了更高的要求，钛合金的表面改性成为研究热点。综述了激光熔覆、微弧氧化和喷涂技术在钛合金表面改性中的应用，分析了各种方法的研究进展、影响涂层质量和性能的因素，并对其存在的问题和发展趋势进行了总结。激光熔覆技术在钛合金涂层的应用，主要采用自生制备陶瓷涂层，该方法增强相与基体结合界面干净，结合力较大，不容易脱落；钛合金微弧氧化较为热门的为激光复合微弧氧化技术，但其应用还存在氧化膜的膜基结合和膜层多孔问题，影响基材的耐蚀性；冷喷涂技术在钛合金表面制备喷涂涂层具备制备温度低、涂层沉积率较高、孔隙率低等特点，对冷喷涂钛合金涂层调控手段主要在喷涂参数、粉末状态、基体状态和喷嘴等方面，未来的研究趋势是冷喷涂技术与其他技术如激光熔覆、搅拌摩擦焊等的融合。  
        关键词：钛合金;激光熔覆;微弧氧化;喷涂   
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        发布时间：2022-06-30
      • 马青军,王泽军,韦晨,武鹏博,曹浩,徐亦楠,方乃文
        2022, 52(6): 55-61. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.06
        摘要：为更好地了解与掌握我国钛合金焊接技术发展现状与研究动向，使用专利检索与分析系统并结合网络学术平台检索“钛合金焊接”关键词，对钛合金焊接技术专利年度申请量变化、领域衍变趋势、申请人及区域进行了统计分析，同时对钛合金焊接保护装置，以及钛合金与不锈钢、铜及铜合金等异种材料焊接的重点专利进行了阐述。经统计表明，钛合金焊接技术专利年度申请量增加趋势明显，涉及的技术领域由最初的B部增加到A、B、C、E、F、G、H等多部。钛合金与异种材料的焊接技术已经成为研究热点，其与不锈钢、铜及铜合金焊接专利件数较多，技术相对成熟，但与其他材料的焊接专利申请量较少，尤其是与非金属材料的焊接。  
        关键词：钛合金焊接;专利;申请量;异种材料焊接   
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      • 苏金花,徐锴,武鹏博,谢吉林,邹吉鹏,冷冰
        2022, 52(6): 62-69. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.07
        摘要：随着钛及钛合金的广泛应用，钛和钛合金焊接技术越来越受重视，相应焊接标准的制定和应用受到了各行业的关注。我国现有标准涵盖了焊接材料（焊丝）、焊接工艺方法和焊接缺陷的无损探伤三个方面，已经颁布的国家标准共7项，其中3项是自主制定的标准，其他4项是ISO转化的。概述了钛及钛合金用焊接材料标准，并对钛及钛合金焊接工艺方法及焊缝缺陷的无损探伤国家标准进行了综述。从整体来看，现有标准数量仍然存在不足，例如厚板或超大厚板的电子束焊接工艺、薄板构件表面焊接缺陷的荧光探伤方法等都缺少相应的标准，建议尽快予以补充完善。  
        关键词：钛及钛合金;焊丝;焊接工艺;无损探伤;国家标准   
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        发布时间：2022-06-30
      • 李睿,张春波,周军,林跃,乌彦全,秦丰
        2022, 52(6): 70-77. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.08
        摘要：采用惯性摩擦焊接技术对Ti52钛合金/304不锈钢进行连接，借助光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对两种焊接工艺参数的焊后接头组织和界面金属间化合物进行表征和分析，采用显微硬度仪及电子拉伸试验机进行力学性能验证。结果表明，近界面两侧焊缝组织均发生了动态再结晶，导致焊缝区附近显微硬度值较高，越远离焊缝位置显微硬度值越低，Ti52合金侧远离焊缝位置出现显微硬度峰值为450 HV0.5，是由于热力耦合作用下组织发生破碎细化。高热输入、低焊接压力下，焊接界面形成厚5 μm且不均匀的金属间化合物脆性相Ti/FeTi，不利于钛/钢结合，降低接头性能，抗拉强度159 MPa；低热输入、高焊接压力下，焊接界面中心部位形成厚2 μm且均匀的富Cr金属间化合物Ti5Fe17Cr5，有利于接头界面结合，提高接头性能，抗拉强度为350 MPa。  
        关键词：钛/钢材料连接;惯性摩擦焊;界面组织;金属间化合物   
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        发布时间：2022-06-30
      • 檀财旺,张泽水,李昊岳,林丹阳,陈波,宋晓国
        2022, 52(6): 78-86. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.09
        摘要：针对铝/钛接头界面脆性化合物层导致接头性能变差的问题，采用纳秒激光器对钛合金表面进行点阵和直线处理，改变表面微观形貌，并开展6061铝合金和TC4钛合金激光熔钎焊。结果表明，随着点间距的减小，钎料铺展能力显著增强，激光表面毛化处理有效改善了焊缝表面成形，且直线处理的效果弱于点阵处理；毛化处理对于界面化合物的种类影响不大，均为脆性Ti-Al化合物，主要是改变了凹坑处化合物的生长方向和形态；点阵式处理使铝/钛激光焊接接头拉伸载荷提升5%~21%，毛化处理的凹坑很好地阻碍了裂纹的扩展，而直线式处理对铝/钛接头的性能影响不大。指出了下一步的工作重点是如何在毛化处理的前提下提高熔融钎料的润湿效果，在改善接头力学性能的同时保证异种金属的润湿。  
        关键词：激光毛化;激光熔钎焊;异种金属;润湿;界面   
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        发布时间：2022-06-30
      • 张宇鹏,丁来法,Bilous Valerii,Akhonin Sergii,Vladyslav Khaskin,曾才有,梁晓梅
        2022, 52(6): 87-92. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.10
        摘要：电子束焊因其真空环境、能量密度大、焊缝深宽比大等优点，被广泛应用于钛合金焊接。系统研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头组织演化及其力学性能。结果表明：熔合区中部由粗大原始β柱状晶组成，内部为αGB、块状α集束和部分网篮组织构成的混合组织，靠近热影响区的熔合区由等轴原始β晶粒构成；热影响区存在较显著的组织不均匀性，随着距熔合区距离增大，β转变组织（次生α片层+残余β相）含量逐渐降低，初生α相含量逐渐升高；熔合区平均显微硬度比母材高约50 HV，接头抗拉强度达到906 MPa，接头强度系数达到96%，拉伸断裂位置位于熔合区内。  
        关键词：TC4钛合金;厚板电子束焊接;显微组织;力学性能   
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        发布时间：2022-06-30
      • 淮军锋,尚泳来,任海水,丁宁,静永娟,郭万林
        2022, 52(6): 93-98. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.11
        摘要：高温钛合金Ti150是能在600 ℃环境下长期服役的新型高温钛合金，TC19钛合金是一种富β的α+β两相钛合金，具有高强度、高韧性的特点。采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni（wt.%）非晶合金箔带作为钎料，进行了Ti150高温钛合金与TC19钛合金的真空钎焊连接工艺研究。通过扫描电镜分析接头组织，利用万能试验机测试接头室温和高温拉伸强度。结果表明：在930 ℃/35 min钎焊条件下，接头室温抗拉强度955.3 MPa，500 ℃高温抗拉强度达到540.0 MPa，550 ℃高温抗拉强度达到505.6 MPa，接头室温拉伸试样断裂于焊缝，断口总体为脆性断裂，接头高温500 ℃、550 ℃拉伸试样均断于Ti150基体上或近Ti150端面上，Ti150基体端断口有明显的延伸塑性变形。  
        关键词：Ti150高温钛合金;TC19钛合金;异种材料连接;钎焊;力学性能   
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        发布时间：2022-06-30
      • 陈玉华,龚资颖,张体明,谢吉林,王善林,徐亦楠
        2022, 52(6): 99-104. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.12
        摘要：钛/铝异种金属焊接结构因兼具两种材料各自的优势，在航空航天、汽车制造等领域有着广阔的应用前景。但异种金属在涉海等潮湿环境中极易发生由电偶腐蚀引发的氢扩散问题，造成钛合金的氢致脆化。本文提供了一种基于丝束电极理念的异种金属焊接接头重构方法，可以实现异种金属焊接接头各个亚区之间的偶接测试。在此基础上设计了异种金属焊接接头的氢扩散行为监测装置，通过试验验证获得了氢在金属材料中的扩散系数、吸附氢浓度等参数，为揭示异种金属焊接结构的环境氢脆问题奠定了基础。提出的异种金属焊接接头氢渗透测试方法可以推广应用于铝/钢、镁/钢等异种金属焊接接头氢扩散行为的检测，为评价电偶腐蚀中的氢致脆化影响提供了理论指导，弥补了现有方法仅能研究阳极溶解行为的不足。  
        关键词：电化学测试;电偶腐蚀;氢扩散;Ti/Al异种材料连接;搅拌摩擦焊   
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        发布时间：2022-06-30
      • 张鹤鹤,尹立孟,杨曼,蔡欣男,徐梓琪,肖雨辰,陈玉华,张威
        2022, 52(6): 105-111. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.13
        摘要：NiTi形状记忆合金具有优良的形状记忆效应、超弹性、生物相容性、抗阻尼性能、抗腐蚀性能及综合力学性能，为了扩展其在智能开发中的应用，NiTi合金与其他综合性能良好的结构材料的连接备受关注。采用电磁脉冲焊连接NiTi/6061铝合金，利用光学显微镜（OM）以及扫描电镜（SEM）分析了不同热处理状态（T6态和完全退火态）和放电能量对母材及焊接接头微观组织的影响，利用DSC分析不同放电能量下NiTi合金的形状记忆效应。结果表明，完全退火处理有利于6061铝合金与NiTi的连接，电磁脉冲焊界面区厚度小于5 μm，对NiTi合金的形状记忆效应影响较小。  
        关键词：电磁脉冲焊接;NiTi形状记忆合金;6061铝合金;马氏体相变;热处理   
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      • 杨浩哲,裴夤崟,秦建,龙伟民,沈元勋,李秀朋
        2022, 52(6): 112-117. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.14
        摘要：采用Ti37.5Zr37.5Cu15Ni10粉状钎料在940 ℃×20 min工艺条件下实现了TA2商业纯钛的真空钎焊连接，利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、万能试验机和显微硬度计等对钎焊接头的界面组织和力学性能进行了研究和分析。结果表明，钎焊接头的典型界面结构为TA2/针状α-Ti+共析组织（α-Ti+（Ti，Zr）2（Cu，Ni））+残余钎料/TA2，Cu、Ni元素主要存在于共析组织和残余钎料中，Zr元素在共析组织、残余钎料和针状α-Ti中均有分布。钎焊接头室温抗剪强度为322 MPa，从母材向钎缝中心维氏硬度逐渐增大，钎缝中心共析组织的维氏硬度值为307 HV10，可达母材2倍以上。断口分析结果表明裂纹沿钎缝扩展，断口形貌具有沿晶韧窝、拉长韧窝和解理断裂特征，断裂呈韧性-脆性复合断裂模式。  
        关键词：TA2纯钛;钎焊;TiZrCuNi钎料;界面组织;力学性能   
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      • 袁树春,章文滔,陈玉华,居琪萍,尹立孟,林晓辉
        2022, 52(6): 118-125. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.15
        摘要：钛/铝异种金属复合结构具有比强度高、耐蚀性好等优势，在航空航天、轨道交通领域具有广阔的应用前景；但是，钛和铝两者在物理、化学和冶金学上的特性差异较大，采用传统熔化焊时极易在焊接接头中产生裂纹、气孔以及大量的脆性金属间化合物，严重恶化异种金属焊接接头的力学性能，限制了钛/铝复合结构的广泛应用。磁脉冲焊接技术是一种固相焊接技术，焊接过程中被焊材料不发生熔化，能够有效避免由于熔化带来的各种冶金缺陷。为此，本文采用磁脉冲焊接的方法，对Ti6Al4V/纯Al异种金属进行连接，系统研究了放电能量和初始间隙对接头显微组织和力学性能的影响。研究结果表明，放电能量是界面波形成的主要原因，而初始间距影响相同能量下的界面波形。初始间距1.5 mm，放电能量为24 kJ时，剪切载荷最大，为4 820 N。磁脉冲焊接过程中的高速碰撞导致界面较母材发生了明显的晶粒细化。  
        关键词：磁脉冲焊接;显微组织;力学性能;晶粒细化;界面   
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        发布时间：2022-06-30
      • 居琪萍,汪立高,许明方,梁晓梅,曹浩,陈玉华
        2022, 52(6): 126-130. DOI: 10.7512/j.issn.1001-2303.2022.06.16
        摘要：采用脉冲激光焊对0.2 mm厚TC4钛合金薄板进行对接焊，研究脉冲宽度对焊缝成形、微观组织和接头强度的影响。结果表明，由于冷却速度较快，得到的焊缝微观组织均为取向随机的针状α'马氏体相组成的网篮组织。随着脉冲宽度的增加，焊缝形貌由半圆形向X形转变。当脉冲宽度在2.7~4.9 ms时，试样的抗拉强度呈逐步递增趋势，脉冲宽度为4.9 ms时抗拉强度达到最大值（898.58 MPa）。硬度测试结果表明，脉冲宽度的增加导致焊接线能量增加，当脉冲宽度为4.9 ms时，焊缝区显微硬度达到最大值（379 HV）。  
        关键词：超薄钛合金;脉冲激光焊;微观组织;力学性能   
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