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摘要：众所周知，由于铝合金、钛合金具有耐蚀性好、比强度高以及密度小等多方面的优势，这也是铝合金、钛合金等有色金属能够广泛的被运用在化工领域、车辆制造、交通运输以及航空航天等领域的重要因素。此外，将铝合金与钛合金异种金属进行焊接，对于尽可能的将两种材料的性能发挥出来具有积极意义。
关键词：钛合金；铝合金；异种金属；焊接技术
钛合金和铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等特点，在航空航天、交通运输、车辆制造、化工领域等具有广泛的应用。现代工程中复杂工况条件对工件的服役性能提出了更高的挑战，促进了复合结构的发展和应用。由钛合金和铝合金构成的复合构件可最大限度发挥两种材料的性能特点。由于钛合金和铝合金在热物理性能和力学性能上存在显著的差异，造成了两者在焊接过程当中容易出现气孔、裂纹等诸多问题。其中由于冶金反应形成金属间化合物是造成Ti/Al异种材料接头性能恶化的重要原因之一。高效的实现钛合金和铝合金的焊接，并获得满意的接头性能，一直是异种材料焊接领域的关注热点。
1铝合金和钛合金的焊接性
由于铝合金、钛合金的热物理性能、力学性能等方面的差异较为明显，因此在焊接性方面是相对较差的，并且两种金属在焊接的过程中也会出现不同类型的问题，具有代表性的有以下几种：①氧化问题。铝和钛都具有极易氧化的特点，这是导致铝合金与钛合金很难焊接的最主要原因。②相容性差。由于铝与钛的相容性都较差，因此融合形成固溶体焊缝困难较大，很难融合。具体来说，在665℃的情况下，钛在铝中的溶解度处于0.26%至0.28%范围内，而在常温20℃左右的环境下，那么其溶解度为0.07%，因此即便在高温的环境下焊接，也是较为困难的。③焊接变形问题。由于铝与钛等类型的有色金属，在线胀系数与热导率方面间的差异较为明显，因此在焊接铝合金与钛合金的过程中，焊接变形的情况也是较为常见的。④气孔问题。在钛低温焊接的过程中，由于氢在钛中的溶解度是相对较大的，因此在焊接时会出现不同形状的气孔，这也导致焊接阶段出现脆裂、韧性降低的核心因素。
2钛合金与铝合金异种金属焊接技术类型
2.1熔化焊
在异种有色金属焊接技术研究的初期，由于熔化焊具有应有广泛、成本低等多方面的特征，因此专家便期望将此方法运用在铝合金与钛合金异种金属焊接当中。在铝合金与钛合金同时融化的情况下，会导致部分金属间化合物产物的脆性较大，严重影响到其脆性，特别是会出现焊接接头开裂的情况。对此，为了能够很好的对此问题进行解决，提出了借助于激光的方式来对焊接过程中的加热为止与热输入点进行控制。
2.2固相焊
在钛合金与铝合金异种金属焊接的过程中，固相焊技术是较为常见的，具有代表性的类型有扩散焊、摩擦焊以及搅拌摩擦焊等。扩散焊。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于在异种金属焊接的过程中，扩散焊方式能够将其很好的结合，因此国内外学者对该领域的研究是较为深入的，并且所取得的效果也是非常显著的。为了能够实现接头实用价值的提升，国内学者姚为在对5A06铝合金与TA2钛合金焊接的过程中，将Nb当做组隔层，经过检测后得到焊接过程中所出现的化合物为Al18Ti2Mg3，同时其剪切强度为105MPa。而学者Zeng则同样采用真空焊接技术，得到的接头强度在60MPa左右。通过以上研究与分析后，能够看出国内外学者在进行铝合金与钛合金焊接的过程中，接头的强度绝大多数在100MPa范围内，并且专家主要是将接头强度的提升作为核心。摩擦焊。在异种金属焊接技术领域中，摩擦焊技术是出现较早的技术。
例如在20世纪90年代便开展对铝与钛合金的焊接，得到的结论为：需要将化合物的厚度控制在200nm的范围内，而超过200nm的情况下能够看出铝合金与钛合金的化合物的强度大幅度降低。国内学者傅莉在对摩擦焊技术领域研究后，重点对纯铝与TC4钛合金运用摩擦焊技术中，涉及到的接头强度、连接界面组织结构以及工艺参数等，得到的结论为接头的拉伸强度在摩擦焊下提升的幅度是较为明显的。④搅拌摩擦焊。关于搅拌摩擦焊，国内与国外学者对其都有着较为深入的研究。其中，国外学者Chen在对纯钛板与Al-Cu合金板焊接的过程中，则采用的是搅拌摩擦焊的方式，得到的结论为接头强度与焊接速度间的关系是较为密切的。而国内学者陈玉华在焊接LF6铝合金与TC1钛合金的过程中，借助于搅拌摩擦焊的方式来执行，得到的结论为：焊接界面的边界处存在白亮颗粒状金属间化合物，并且铝合金与焊接界面不平整的情况。
2.3钎焊
在钎焊技术领域中，具有代表性的类型有熔钎焊、直接钎焊以及间接钎焊三种方式。①熔钎焊。在熔钎焊对异种金属焊接的过程中，主要适用于两种合金的熔点相差较大的情况。将铝合金与钛合金的焊接接头强度作为核心，后期又将重点放在化合物生成与控制、界面元素扩散等众多领域中，并且取得的效果是非常明显的。学者Kreimeyer提出在焊接阶段，接头用普通CO2激光进行保护，在控制合理的情况下，那么接头的强度将会超过200MPa。②直接钎焊与间接钎焊。由于国外方面对该领域的研究较早，因此在20世纪80年代便开展了对直接钎焊的研究。其中，Takemoto经过实验的方式来研究与分析，得到的结论为：在运用Al-10Si-1Mg钎材料时，接头的强度为70MPa，而运用Al-10Cu-8Sn和Al-30Ag-10Cu钎料时，其接头强度为38MPa。国内学者康慧同样对直接钎焊技术进行研究与分析，得到的结论为运用此方法其接头强度可达到70MPa。而针对于间接钎焊来说，其原理是将铝或铝合金涂抹在钛合金的表面，在此基础上来执行焊接，而间接钎焊技术中重点研究的问题是钛合金的涂覆过程，对接头强度与接头质量的影响是较大的。由于间接钎焊技术在温度较低的情况下也可进行相应的操作，同时不会对铝合金的性能产生一定的影响，因此能够将间接钎焊技术运用在精密复杂的结构件中，这也是得到广泛运用的重要因素。
结论
钛合金和铝合金构成的复合构件在航空、航天、汽车等工业领域具有巨大的应用潜力，获得满意的焊接质量仍然是复合构件产业应用必须面对的挑战。大量研究表明，脆性金属间化合物的生成是钛合金和铝合金异种金属焊接时不可避免、必须解决的问题。一些研究显示，金属间化合物的形成对焊接接头性能具有积极和消极两种的不同作用。因此，研究焊接过程中脆性金属间化合物的生成规律、分布特征及对接头力学性能的影响是获得满意的钛合金和铝合金异种金属焊接接头的焦点。
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论文作者:胡寻新
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：铝合金论文; 钎焊论文; 钛合金论文; 金属论文; 异种论文; 强度论文; 过程中论文; 《基层建设》2018年第5期论文;