對于普通TC4钛合金焊接,可采用多種焊接方法進行焊接。一般來說,它們是 連接方法包括TIG、MIG、電子束焊接、激光焊接、釺焊和擴散焊接。
TC4采用TIG焊連接,焊接後接頭的顯微組織發生了變化。 并對接頭性能進行了分析。焊後焊縫和熱影響區基本無細晶區,接頭晶粒明顯。 這種MIG焊接方法具有效率高的優點,特别适用于焊接厚闆在焊接過程中,焊條可以适當擺動,可以更好地保護焊縫。焊接後,接頭還能夠滿足一定的使用要求。電子束焊接和激光焊接可用于TC4钛合金的焊接。令人滿意的焊接接頭可以焊接非常薄的工件,焊接速度高,焊後晶粒有長大趨勢。小,但是容易出現毛孔粗大的問題。
對TC4的電子束焊接進行了研究,結果表明說明真空下焊縫仍存在氣孔問題,焊縫金屬是通過沖擊試驗獲得的,沖擊值略低于母材,由于焊後快速冷卻過程,焊縫硬度略高于母材。
釺焊非常适合連接小零件和複雜結構的钛合金。常用的焊料包括銀基、鋁基和钛基焊料。用自制的钛基釺料(Ti-Zr-Ni-Cu)釺焊TC4。焊接結果表明,接頭具有良好的力學性能和一定的耐蝕性,接頭組織為(α β)片狀層,抗拉強度達到911.7MPa,接頭具有一定的韌性。研究TC4和Ti3Al-Nb在不同釺焊溫度下釺焊後的顯微組織。結果表明,在不同的釺焊溫度下可以獲得TC4和Ti3Al-Nb的顯微組織獲得了不同的顯微組織,并且在接頭的TC4側附近形成了大的魏氏組織。随着釺焊溫度的升高的組織逐漸長大,最後變成塊狀,關節的強度大大降低。
釺焊連接強度不高,尤其是兩種物理性能不同的材料之間的連接。由于釺料與母材之間的不連續性,連接接頭在很多情況下不能滿足使用要求。此時此刻擴散焊很容易解決這個問題。擴散焊接是指将彼此靠近的待焊接材料結合在一起。在恒溫恒壓的作用下,經過一定的連接時間,通過連接界面的局部塑性變形,原子相互擴散,從而在界面形成新的擴散層,進而實現可靠連接。焊接的主要參數包括連接溫度、時間、壓力和真空度。可分為物理接觸、接觸面活化和擴散。和形成接頭三個過程。羅志春[22]對TC4和γ-TiAl合金的擴散焊接進行了研究,取得了如下成果合金表面通過激光重熔獲得細晶組織,進一步縮短了擴散連接的時間。在t = 850°C時,t=1h,在P=60MPa的連接條件下,強度測試結果表明,激光重熔後的接頭強度達到了82%的γ-TiAl基料。
氫TC4的焊接方法可參照普通TC4的焊接。目前國内外反對氫TC4關于結合的研究很少。這裡,僅讨論通過釺焊和擴散結合對氫TC4的焊接。
首先,對反氫TC4钛合金進行了釺焊研究。在開采過程中使用了三種釺料:低溫下使用Al-12Si釺料,但未顯示出氫對釺焊的影響;純鋁箔釺焊時,含0.3wt.%氫的反應層最寬,可見氫的作用。采用钛锆鎳銅釺焊時,氫的放置效果顯著,穩定了β相,促進了其他元素的擴散。接頭的剪切強度增強。
如圖5所示,詳細研究了氫TC4的擴散結合。連接參數如下在70/30 min/3 MPa℃時,含氫接頭中的氣孔數量明顯少于不含氫接頭,且更小。當Ni、Al和Nb用作間接擴散結合的中間層時,在相同的結合工藝參數下随着TC4母材中氫含量的增加,接頭界面擴散層厚度有逐漸增加的趨勢。采取Ti中間層,接頭處隻有不連通的孔隙,在相同的連接工藝參數下,随着氫含量的增加增加,氣孔數量減少,尺寸變小。分析了含氫合金的脫氫分解動力學,認為由于合金在脫氫過程中的各種相變,改善了接合界面的變形和蠕變,并且添加了氫元素的相互擴散得到加強,進而增加擴散反應層的厚度,提高連接質量。
研究了TiAl合金與載氫TC4的擴散連接。首先,進行了直接擴散連接。當使用氫TC4和TiAl時,發現在800℃及以下,界面處隻有擴散間隙而沒有反應層當溫度高于850℃時,形成反應層,界面層厚度随氫含量的增加而增加。以注入氫的TC4為中間層,對TiAl合金母材進行了間接擴散連接。結果表明,氫注入可以促進TiAl合金基體金屬的結合界面元素的擴散,如圖6所示。與不含氫的材料的結合溫度相比,中間層含氫的擴散結合具有更高的結合溫度。溫度降低350℃,連接時間縮短30分鐘,連接壓力降低約15MPa。
除此以外,研究了氫對钛合金(TC21、Ti600、Ti40)的影響。在擴散過程中形成良好的接頭有很好的促進作用。
采用直接焊接法,分别研究了TC4和GH3128高溫合金的氫擴散焊接。擴散連接和層間連接的方法,研究表明:當直接擴散連接時,氫的反應在接頭上形成。層的厚度影響很大,反應層的厚度随着氫含量的增加而增加。宰公一味當T=900/℃Ti 2 Ni接頭的脆性反轉該層應該斷裂。然後用純Ni箔、純Nb箔和Ni Nb複合層進行擴散連接。純的當Ni箔作為中間層時,接頭的剪切強度達到91.5MPa,但仍在Ti 2 Ni層中斷裂。采取Nb箔避開钛合金側的脆性層,然後在連接過程中采用Ni Nb複合中間層,如下在T=860/℃。
綜上所述,對相對氫钛合金擴散連接的研究表明,氫的加入不僅可以使連接參數(連接時間、溫度、壓力)降低,合金元素的擴散系數增加,從而增加結合層的厚度。減少不連通的孔隙,提高擴散連通性。因此,儲氫的作用為低溫擴散連接的實現提供了條件這種可能性。
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