鈦合金和鋼等異種金屬的焊接問題

鈦合金因具有比強度和熱導率高、耐腐蝕性和生物相容性好等優點而被廣泛的應用在航空航天、醫療器械等行業中。由于異種金屬連接的特殊性，常用方法有擴散焊、攪拌摩擦焊、熔釬焊、激光焊、冷壓焊等特種連接技術。研究鈦合金和異種金屬的焊接是充分發揮鈦合金的優異性能和擴展其應用范圍的有效途徑。

鈦合金/鋼異種焊接復合結構不僅具有鈦合金高的比強度和良好的抗腐蝕性能，還兼容了鋼材料應用范圍廣、價格便宜的優點。但由于鈦合金和鋼的熱導率和線膨脹系數的差異性太大，且互溶性又較差，焊接時容易生成脆硬性的Ti-Fe金屬間化合物，致使鈦合金/鋼的異種焊接困難。為了解決這些問題，研究者對有關鈦合金/鋼異種金屬的擴散焊、釬焊、爆炸焊等焊接技術進行了深入研究和分析。

Ti6Al2Zr2Mo2V鈦合金和304奧氏體不銹鋼進行了電子束焊接，采用的填充材料為V/Cu基復合材料。實驗表明單一的填料不能有效的抑制Ti Fe金屬間化合物的生成，只有兩種或者兩種以上的填料才能達到抑制效果。力航鈦業分別使用了Ti+Zr基40Ti-20Zr-20Cu-20Ni釬料、銀基Ag-6Pd釬料、鎳基 BNi2和BNi7釬料對Ti-6Al-4V鈦合金和STS304不銹鋼進行了釬焊實驗。實驗證明，Ni基填充材料中的Ni可以有效地起到穩定元素的作用，從而降低β相的轉變溫度。對于Ag基填充材料來說雖然加入其他材料可以提高焊接接頭的強度，但由于Ag和Ti的親和性較差不能有效地提高填充材料的擴散。潤濕角和進入鋼側母材擴散原子數BNi7≥BNi2>40>Ag-5Pd。對鈦與20鋼爆炸焊接結合區的顯微組織進行了分析，在焊接界面處的鋼側和鈦側母材內都含有高密度位錯，其中，鋼側面出現了等軸細晶及變形拉長的晶粒區。結合區內可以觀察到相互熔合的復合界面，說明爆炸產生的高能量使界面金屬熔化，液體金屬的噴射與急冷使結合區內出現微晶、微孿晶及鈦的亞穩相。用純Ag作為填充材料對工業純鈦和304不銹鋼進行壓力擴散焊，實驗表明Ag可以有效地抑制脆性金屬間化合物Ti-Fe的形成，而Ag形成的金屬間化合物承載能力較強，從而提高焊接接頭的強度。

異種金屬焊接是指將兩種不同種類和性能的金屬材料通過特定的焊接工藝連接在一起并形成具有完整性和預期使用性能的結構件。鈦合金和異種金屬的熱導率和線膨脹系數存在較大差異，在焊接過程中容易形成脆性的金屬間化合物，導致焊接接頭強度變差。因此在焊接過程中加入適當的中間過渡金屬、選擇合適的焊接工藝和焊接方法對改善焊接接頭的微觀組織和力學性能是十分必要的。