钛-不锈钢高能束流焊接工艺研究开题报告
前言
随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接技术是降低材料消耗，减轻结构质量等的有效途径，各种焊接工艺将有广阔的应用前景。[[1]]本文重点对钛与不锈钢高能束流焊接工艺进行研究。钛及钛合金因具有比强度高，热强度高，导热性好，抗疲劳性好，韧性和耐蚀性好等优点而被广泛应用于国防、航空、航天、石油化工、船舶、核能等国民经济的许多领域。被誉为当代新崛起的第三金属。[[2]]而不锈钢作为最常用的结构材料之一，成本相对较低，具有特有的力学性能，有良好的成形性，焊接性热稳定性等。虽然不锈钢也具有一定的耐蚀性，但远远不及钛合金，且钢的比重较大。因此在某些领域某些情况下，将不锈钢与钛合金连接起来使用，可以充分发挥各自的优势。[[3]]也因此钛及钛合金与不锈钢的连接技术的研究具有很重要的意义。近年来，传统的焊接技术在高技术制造领域所占比重日趋减少，各种新型焊接技术日益普及，如高能束流焊接技术就是其中最有发展潜力、最先进的焊接技术之一。高能束流焊接包括电子束焊、激光焊、复合束流焊接等。[[4]]
钛与钢焊接时存在的问题
物理性能差异对焊接的影响
- 钛与钢的熔点相差约140℃，熔化焊时不能同时熔化。
- 钛与钢的线膨胀系数差异较大，铁的线膨胀系数大约是钛的1.5倍。这导致焊接时变形量不同，进而导致接头产生很大的残余应力，容易导致焊缝区与热影响区产生裂纹。严重时可以导致焊缝与母材的剥离。
- 钛与钢的热导率与比热容相差较大，不锈钢的热导率是钛的5倍，这会使得焊缝金属的结晶条件变坏，影响焊缝金属的成分和焊缝质量。[[5]]
化学性能差异对焊接的影响
- 钛和钢互溶性差，易形成脆性金属间化合物，会使接头的塑性和高温性能变差，焊接质量下降。
- 钛和钢在高温下易氧化，氧化产物显著降低焊缝金属的强度和塑性，从而降低接头质量。同时高温下钛易吸收氢、氧、氮。焊接区容易被这些气体污染脆化，甚至产生气孔。
- 钛和不锈钢焊接时，不锈钢中的Cr，Ni等合金元素在连接温度下也可能与钛形成脆性的金属间化合物，此外，Ti,Fe,Cr,Ni之间还能形成多元复合脆性金属间化合物，使焊缝进一步脆化，降低接头性能。[[6]]
异种金属连接结构具有两种金属的综合优势，但是从上面的分析看出，由于物理和化学性质等的差异，钛与不锈钢的焊接存在着极大的难度。为了成功地实现钛与不锈钢的焊接，必须采取合适的焊接方法及工艺，以减少接头中脆性金属间化合物的产生，降低接头内应力，获得性能优良的焊接接头。[[7]]
钛与不锈钢焊接研究现状
目前钛与不锈钢的焊接主要包括熔化焊、钎焊、扩散焊等。
钛-不锈钢熔化焊
熔化焊是焊接中最常用的方法，采用熔化焊的方法直接进行钛-不锈钢焊接时，钛和钢全都熔化，液态的钛和钢能够得到较好的结合，但由于Ti,Fe之间的溶解度较小，两者易于形成脆性化合物得不到稳定的的熔化焊接头。[[8]]
李标峰[[9]]对纯钛与纯铁采用钨极氩弧焊进行了焊接，不加焊丝，焊接试验过程还未结束，前面焊道已自行开裂，通过电子探针对焊缝微区成分进行分析得出：钛-铁熔焊焊缝中存在着的脆性TiFe,TiFe₂相及低熔点共晶组织是焊缝脆化的根本原因。钛与钢无法直接熔焊。
张小明[[10]]使用细铜丝对纯钛和SS400钢板进行了MIG焊。使用phi;0.8㎜的痛死作为焊丝，成分为Cu-3%Si-1%Mn，接头抗拉强度达到了300MPa，且断裂位置都在铜合金焊接处。
由上可知，采用传统熔化焊对钛与不锈钢进行焊接时，难以得到优质焊接效果且工艺复杂。
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