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《大连理工大学》 2016年
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钛/钢异种金属激光—电弧复合焊接及胶焊研究

李权  
【摘要】:本文从钛合金与不锈钢异种金属熔化焊接存在的问题和局限性入手,率先采用激光-电弧复合焊接技术,以TC4钛合金和304不锈钢为母材金属,研究了钛/钢异种金属激光-电弧复合焊接的焊接工艺,及添加Cu夹层对接头组织、成分、力学性能等的影响,充分利用激光-电弧复合热源的优势,获得了高质量的钛/钢焊接接头,同时优化工艺流程,提高生产效率。试验发现,钛/钢异种金属可以通过激光-电弧复合焊接搭接方式实现连接,焊缝形貌呈漂亮的鱼鳞纹特征。但是焊缝中生成大量的脆性金属间化合物,严重影响接头性能。通过对钛/钢激光-电弧复合焊接工艺研究,发现对焊缝成型影响较大的焊接参数主要因素为:激光功率、TIG电流以及焊接速度。在获得有效焊接接头的条件下,随激光功率增加,熔透率增加,而焊缝熔宽无明显变化;随着TIG电流的增加,焊缝熔宽明显增加,熔透率也随之增加;随焊接速度提高,熔透率下降,而焊缝熔宽变化不大。为有效控制脆性金属间化合物的量,在搭接接头中添加了Cu夹层。试验结果表明,在激光能量P=485W附近处接头性能出现峰值,拉伸剪切载荷为3.33kN·cm-1。钛/钢激光-电弧复合焊接接头过渡层的组织成分主要分为三个部分:Ti-Cu金属间化合物、铜基固溶体及Fe-Cu共析混合物。随激光能量的增加,在钛-铜界面一侧,生成的Ti-Cu金属间化合物厚度逐渐增大,对接头性能产生不良影响;在铜-不锈钢界面一侧,Cu和Fe元素互扩散的深度和密度随激光能量增大也逐渐增加,有利于提高接头性能。激光能量较小时断裂发生在铜-不锈钢界面处,激光能量较大时断裂发生在钛-铜连接界面处。实现钛合金与不锈钢的良好焊接关键在于Ti-Cu金属间化合物与Fe-Cu共析混合物的协调控制。进行激光-电弧复合胶接焊接发现,胶粘剂的分解提高了铜-不锈钢界面的能量,从而极大的促进了铁元素的扩散及不锈钢的熔融,增加了该界面的结合强度及接头强度。已达到的最高拉伸剪切载荷为3.629kN·cm-1,强度有一定程度的提升。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TG457.1

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【参考文献】
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