無(wú)錫不銹鋼和鈦合金異種金屬焊接

異種金屬焊接因其將多種性能集于一身被應(yīng)用到很多工業(yè)領(lǐng)域，在先進(jìn)制造業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色。若將鈦與無(wú)錫不銹鋼進(jìn)行焊接，鈦合金-不銹鋼結(jié)構(gòu)可使無(wú)錫不銹鋼的良好焊接性、耐磨性、低成本與鈦合金低密度和良好的耐腐蝕性能相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種材料在性能和經(jīng)濟(jì)上的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。

　　因此，無(wú)錫不銹鋼和鈦合金異種焊接在化工、航空和核工業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。但是，不銹鋼和鈦合金因理化性能的差異，焊接界面易形成大量脆性金屬間化合物，無(wú)法得到優(yōu)質(zhì)的焊接結(jié)果。

　　故傳統(tǒng)熔焊工藝不適合無(wú)錫不銹鋼與鈦合金的異種焊接。采用爆炸焊雖然成功用于鈦鋼復(fù)合板，但只適用于一定形狀的工件，難以廣泛應(yīng)用。目前用于鈦合金與不銹鋼異種金屬焊接的方法主要是擴(kuò)散焊，電子束焊與激光焊。激光焊和電子束焊均具有加熱和冷卻迅速，焊縫深寬比大的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)異種金屬焊接時(shí)脆性化合物的形成有很好的抑制作用。擴(kuò)散焊因其較小的溫度梯度，可以得到均勻性較好的結(jié)構(gòu)，是一種近凈形接合過(guò)程。 

　　一、擴(kuò)散焊 

　　擴(kuò)散焊是指在高溫和一定壓力下，兩表面通過(guò)接觸面發(fā)生蠕變和擴(kuò)散作用使結(jié)合面孔隙閉合而實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方式。無(wú)錫不銹鋼與鈦合金的直接擴(kuò)散焊主要通過(guò)溫度和時(shí)間的合理搭配來(lái)得到較高的焊接質(zhì)量。最佳溫度一般在900℃±50℃，時(shí)間為30~60min，要保證界面孔隙閉合并且Fe-Ti化合物厚度較?。粔簭?qiáng)在5MPa左右，過(guò)高會(huì)增加接頭殘余應(yīng)力。σ相，F(xiàn)e2Ti，F(xiàn)eTi是不銹鋼與鈦合金擴(kuò)散焊接時(shí)易形成的化合物，通過(guò)加入Ni，Cu等中間層可避免Fe與Ti元素的直接接觸，通過(guò)形成脆性較小的Ni-Ti，Cu-Ti相來(lái)減少或抑制Fe-Ti化合物相，可以在一定程度上提高接頭強(qiáng)度。Ag作為中間層可以得到韌性接頭，但成本較高。 

　　二、電子束焊接 

　　電子束焊接的原理是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接。具有能量密度高，冷卻速率快和可控性好的特點(diǎn)，能夠控制熔池尺寸及兩種金屬的熔合比，是一種具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的異種材料焊接方法。但是無(wú)錫不銹鋼與鈦合金直接采用電子束焊接會(huì)因大量Fe-Ti化合物在焊區(qū)的生成而無(wú)法得到完好的接頭。需要采用Cu及Cu-V復(fù)合中間層才能有效抑制脆性相的產(chǎn)生，并通過(guò)形成固溶體來(lái)提高焊接接頭的強(qiáng)度和韌性。在此基礎(chǔ)上，調(diào)整功率密度、束流及焊接速度來(lái)控制熱輸入量，改變偏移量以得到合適的熱量分布，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量。 

　　三、激光焊接 

　　激光焊接是利用高強(qiáng)度的激光束輻射到金屬表面，通過(guò)激光和金屬的相互作用，使金屬熔化，從而形成焊接。對(duì)于無(wú)錫不銹鋼和鈦合金的異種金屬焊接而言，激光焊較電子束焊有更高的加熱和冷卻速率，采用偏束可得到具有一定強(qiáng)度的直接焊合接頭，但強(qiáng)度偏低且質(zhì)量波動(dòng)大。采用Cu作為中間層可得與電子束焊接相似的焊接結(jié)果。