劉艷　李麗

摘 要：鈦與鋼的物理和結(jié)晶化學(xué)性能差異較大，直接連接時接頭性能較差，焊接存在較大困難。采用釬焊或用適當(dāng)?shù)奶畛洳牧细綦x固態(tài)鈦與鋼的熔化焊和壓力焊，可緩解接頭中金屬間化合物與脆性相的生成，某種程度對接頭性能有所改善。

關(guān)鍵詞：鈦 鋼 連接 研究現(xiàn)狀

中圖分類號：TG406 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0091-01

鈦金屬有“未來金屬”的美譽(yù)，它具有許多其它金屬無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性及耐高溫性能好、抗阻尼性能強(qiáng)，且無磁無毒等特點(diǎn)。鈦已成為航空航天工業(yè)中不可缺少的結(jié)構(gòu)材料，并正逐步為原子能、化工、造船、電子、電力、冶金、機(jī)械等部門所重視。

但鈦難于提煉，是貴金屬，限制了它的廣泛應(yīng)用。鋼的價格低廉，具有良好的熱電性能及力學(xué)性能，工程上常用鈦-鋼異種金屬結(jié)構(gòu)。然而鈦和鋼間的物理和結(jié)晶化學(xué)性能差異較大，鈦與鋼的連接過程中易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，且連接過程中易生成大量的金屬化合物及碳化物，致使焊縫變脆[1]，為鈦與鋼的焊接帶來了較大的困難。因此，對鈦與鋼之間焊接性及連接方法的研究具有重大的理論意義和應(yīng)用前景。

1 鈦/鋼的主要焊接方法

目前，應(yīng)用于鈦/鋼連接的方法主要有熔化焊、壓力焊和釬焊。

1.1 熔化焊

熔化焊是將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法。

常規(guī)熔化焊方法焊接時，選擇合適的添加材料或中間材料能在一定程度上改善接頭的性能，但效果有限，這主要是常規(guī)熔化焊方法的熱輸入較大，難以控制金屬間化合物的形成和生長。

李標(biāo)峰[2]研究了TA5鈦與1Cr18Ni9Ti不銹鋼的焊接性，采用氬弧焊在不加焊絲的情況下進(jìn)行焊接，試驗結(jié)果顯示，鈦-鐵的焊縫中產(chǎn)生了大量的TiFe、Fe2Ti脆性相及低熔點(diǎn)共晶組織，嚴(yán)重脆化焊縫，接頭力學(xué)性能極差。在此基礎(chǔ)上，李標(biāo)峰[3]用錳青銅作中間填料所得的鈦-鈮-銅-鋼接頭的強(qiáng)度值在240～290 MPa范圍內(nèi)，斷口位置分別在Ti-Nb界面處及Nb層。

1.2 壓力焊

采用壓力焊可以避免熔化焊時存在的問題。常用的連接方法包括擴(kuò)散焊和爆炸焊。

目前，對于不銹鋼與鈦的直接擴(kuò)散焊已有了大量的研究。M.Ghosh與 S.Chatterjee[4]利用直接擴(kuò)散焊的方法對304奧氏體不銹鋼與工業(yè)純鈦進(jìn)行了連接，研究結(jié)果表明，該接頭中產(chǎn)生了大量的金屬間化合物脆性相，如Fe2Ti、FeTi和Fe2Ti4O等，接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)217 MPa。

周波等人[5]利用納米鎳粉作為中間層對TA7鈦合金與1Crl8Ni9Ti不銹鋼進(jìn)行了擴(kuò)散焊試驗。納米鎳粉成功阻止了TA7鈦合金與1Crl8Ni9Ti不銹鋼之間的相互擴(kuò)散，抑制了TiFe、Fe2Ti、TiC等脆性相的形成，在接頭中形成了具有一定塑性的Ni-Ti型化合物。

馬東康[6]等人對鈦/鋼爆炸焊接界面區(qū)形變特性進(jìn)行了研究，分析了復(fù)合板的鋼側(cè)塑性變形層和鈦側(cè)絕熱剪切線與焊接工藝參數(shù)之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)，爆炸焊接造成接頭中過大或過小的變形層都將導(dǎo)致界面內(nèi)產(chǎn)生有害缺陷。

采用爆炸焊的方法是進(jìn)行大面積復(fù)合板連接最有效的辦法，但也存在變形量大、組織和性能不均勻等問題。工藝參數(shù)的控制也很嚴(yán)格。

1.3 釬焊

常用于鈦/鋼連接用的釬料主要有： Al基釬料、Pd基釬料、Ti-Zr基釬料和Ag基釬料四種。通過調(diào)整釬料中合金元素種類、配比及釬焊工藝參數(shù)，可控制接頭界面處脆性相的產(chǎn)生量及形態(tài)分布，顯著提高焊接接頭的質(zhì)量[7]。如在使用鋁合金釬焊鈦合金時，接頭中生成Al3Ti等大量的金屬間化合物，致使接頭極脆，耐疲勞性和沖擊強(qiáng)度很低，接頭質(zhì)量差。通過適當(dāng)?shù)暮辖鸹姆椒刂平宇^組織，改善接頭性能，如高純鋁釬料中添加0.8%的Si元素，可在釬焊鈦的過程中顯著減小金屬間化合物的生長速度，減少金屬間化合物Al3Ti的生成量[8]。

2 結(jié)語

由于鈦與鐵的物理及化學(xué)性能相差較大，應(yīng)避免在熔化焊及壓力焊的過程中鈦與鋼金屬的直接接觸，采用適當(dāng)?shù)奶畛洳牧细綦x固態(tài)鈦與鋼進(jìn)行焊接，可緩解接頭中金屬間化合物與脆性相的生成，某種程度對接頭性能有所改善[9]。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳滿乾，劉亞芬.TA2/Q235B鈦鋼復(fù)合板的焊接[J].焊接生產(chǎn)應(yīng)用，2007（8）：35-39.

[2] 李標(biāo)峰.鈦與鋼及鈦復(fù)合鋼板的焊接性研究（I）[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2004，19（1）：4l-44.

[3] 李標(biāo)峰.鈦與鋼及鈦復(fù)合鋼板的焊接性研究（II）[J].材料開發(fā)與應(yīng)用，2004，19（2）：45-46.

[4] Ghosh M，Chatterjee S.Characterization of transition joints of commercially pure titanium to 304 stainless steel[J].Materials Science and Technology，2002（48）：393-399.

[5] 周波，邱紹宇.鈦合金與不銹鋼的納米擴(kuò)散焊接工藝探索[J].焊接技術(shù)，2004，33（1）：15-18.

[6] 馬東康，周金波.鈦/鋼爆炸焊接界面區(qū)形變特征研究[J].稀有金屬材料與工程，1999，28（1）：26-29.

[7] 李玉龍，楊瑾，禹業(yè)曉.鈦及鈦合金釬焊特點(diǎn)及現(xiàn)狀[J].熱加工工藝，2011，40（9）：120-136.

[8] 高飛.鈦及鈦合金材料的焊接技術(shù)[J].化學(xué)工業(yè)建設(shè)，2006，28（4）：36-39.

[9] 李玉龍，楊瑾，禹業(yè)曉.鈦及鈦合金釬焊特點(diǎn)及現(xiàn)狀[J].熱加工工藝，2011，40（9）：120-136.endprint