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Al/Ti异种合金的激光熔钎焊工艺及接头组织性能研究

作　者: 朱宝华
导　师: 陈彦宾
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al/Ti异种合金激光熔钎焊金属间化合物接头强度
分类号: TG456.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 359次
引　用: 2次
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内容摘要

Al/Ti异种合金复合构件由于具备两种合金的优异性能在航空航天中具有广泛的应用前景。但是Al、Ti合金焊接时,容易产生脆而硬的金属间化合物,导致接头性能急剧下降,是Al/Ti异种合金连接的主要问题。本文通过综合分析选用激光填丝熔钎焊工艺成功地连接Al/Ti异种合金,避免了激光熔化焊焊缝中出现的诸如气孔、裂纹、金属元素烧损等缺陷。在激光熔钎焊工艺下,研究发现光斑能量分布对焊接过程的影响很大,高斯分布的圆形光斑加热焊丝及母材容易造成焊丝及钎剂烧损或母材温度偏低引起的焊丝金属润湿铺展效果不佳,采用由光束倾斜入射形成的椭圆形光斑加热母材及焊丝,焊接过程稳定性提高,焊缝成型也得到改善。在椭圆光斑加热下优化诸如激光功率、焊接速度、送丝速度等焊接参数得到连接较好的接头,平均抗拉强度约298MPa,达到铝母材的85%以上。进一步分析发现激光功率对接头强度的影响最大,焊接速度的影响仅次于激光功率,离焦量的影响最小。鉴于圆形光斑加热存在的缺点,采用能量均匀分布的矩形光斑(4×2mm2)作为热源,对Al/Ti异种合金激光填丝熔钎焊工艺特性进行了初步试验研究,试验结果发现,这种热源对焊丝与母材的充分加热非常有利,工艺范围更大,焊接过程更稳定,成型美观,但需要更大的激光功率才能保证填充金属充分润湿铺展所需的能量密度。进一步,对Al/Ti异种合金的界面行为与连接机理进行了深入研究,焊缝/钛合金之间有明显非均匀分布的金属间化合物生成,其成分主要是由Al-Ti二元和Al-Ti-Si三元金属间化合物组成。层状金属间化合物呈锯齿状分布,增大了界面的受力面积,提高了抗载荷能力,对提高接头的强度十分有利。利用激光的能量精确控制与快速加热特性,可将金属间化合物厚度控制在10um之内。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景及选题意义  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-19
    1.2.1 Al/Ti 异种合金焊接的发展状况  11-15
    1.2.2 激光钎焊的发展状况  15-19
  1.3 课题主要研究内容  19-20
第2章试验材料及研究方法  20-30
  2.1 试验材料及焊前清理  20-21
    2.1.1 试验材料  20
    2.1.2 焊前清理  20-21
  2.2 试验设备  21-22
  2.3 组织结构分析方法  22-23
    2.3.1 焊缝金属/钛结合界面的X 射线物相分析  22-23
    2.3.2 金相试样的制备与观察  23
  2.4 接头性能分析方法  23
  2.5 工艺方案的选择  23-29
    2.5.1 Al/Ti 异种合金的激光熔化焊  23-26
    2.5.2 Al/Ti 异种合金的激光钎焊工艺  26-28
    2.5.3 Al/Ti 异种合金的激光熔钎焊工艺  28-29
  2.6 本章小结  29-30
第3章 Al/Ti 异种合金激光熔钎焊工艺  30-47
  3.1 送丝方式对焊接过程的影响  30-32
    3.1.1 前送丝  30-31
    3.1.2 后送丝及大角度后送丝  31-32
  3.2 不同能量分布的光斑对焊接过程的影响  32-36
    3.2.1 光束倾斜入射/后送丝  33-35
    3.2.2 光束倾斜入射/前送丝  35-36
  3.3 工艺参数优化  36-43
    3.3.1 坡口及对接间隙对钎料润湿铺展的影响  36-39
    3.3.2 保护气  39-40
    3.3.3 光束加热位置  40
    3.3.4 焊接参数对焊接质量的影响  40-43
  3.4 矩形光斑钎焊试验初探  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章 Al/Ti 熔钎焊接头组织分析  47-63
  4.1 Al/Ti 熔钎焊接头区域划分  47-48
  4.2 接头各区域的组织特征  48-52
    4.2.1 LF6 母材的组织特征  48-49
    4.2.2 LF6 侧热影响区的组织  49-51
    4.2.3 焊缝组织  51-52
    4.2.4 TC4 母材的组织  52
  4.3 Al/Ti 熔钎焊接头中金属间化合物的形成  52-60
    4.3.1 母材与钎料的相互作用过程  53-54
    4.3.2 金属间化合物的相组成  54-57
    4.3.3 金属间化合物的分布形态及数量  57-59
    4.3.4 热输入对金属间化合物的影响  59-60
  4.4 热输入对组织的影响  60-62
    4.4.1 热输入对钛母材热影响区的影响  60-61
    4.4.2 热输入对铝侧组织的影响  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第5章 Al/Ti 熔钎焊接头强度及断口分析  63-71
  5.1 Al/Ti 异种合金接头的强度  63-66
  5.2 断裂原因分析及断口形貌  66-70
    5.2.1 断裂原因分析  67-68
    5.2.2 断口形貌  68-70
  5.3 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-75
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  75
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  75
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  75-76
致谢  76

Al/Ti异种合金的激光熔钎焊工艺及接头组织性能研究

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