钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊过程的温度场研究

以2 mm厚TC4钛合金板与6.5 mm厚7075-T6铝合金板为对象,建立了钛上铝下的搅拌摩擦搭接焊有限元模型,利用Abaqus软件模拟了不同转速下焊接过程的温度场,并利用测温试验进行了验证。结果表明,焊接温度峰值位于搅拌头作用区,其值随转速的减小而降低;在本文的试验条件下,焊接速度为30 mm/min,转速小于230 r/min时,搭接界面处的温度峰值低于铝合金的固相线温度,可实现固相下的钛/铝异种材料搅拌摩擦搭接焊。

钛-铝异种材料的点焊技术研究新进展

钛合金和铝合金的应用在航空航天及汽车制造领域都在逐步增加,而Ti/Al异种金属复合结构中搭接连接无疑是不可避免的连接形式,因此对于钛/铝异种金属点焊技术的研究是非常必要的。由于Ti/Al两种材料的物理和化学性质存在巨大差异,导致两者的焊接尤为困难,目前能实现钛铝异种材料的高质量焊接的方法研究较少。先从钛和铝材料的本身特性入手,阐述目前3种常用的点焊技术:电阻点焊、搅拌摩擦点焊和超声波点焊的研究现状。主要涉及点焊接头成形、焊接参数、接头的组织特征以及力学性能,探究了各个方法的优缺点,并指出Ti/Al异种金属焊接质量的关键主要在于对金属间化合物的有效控制。为Ti/Al异种结构的连接提供合适的设计思路,并为新的连接方法提供借鉴思路。

铝合金CMT熔敷工艺对添加Nb中间层钛/铝构件成形及组织的影响

针对钛/铝异种材料构件的高质量制备需求,采用基于冷金属过渡(CMT)技术的电弧增材制造(WAAM)方法制备出添加Nb中间层的钛/铝构件,研究了铝合金熔敷送丝速度对构件成形与组织的影响规律。结果表明,随着铝合金熔敷送丝速度由3 m/min提高至5 m/min,一个CMT周期内的峰值阶段持续时间延长,热输入增大,铝合金熔敷层宽度增加;送丝速度为3 m/min和4 m/min时,在铝合金熔敷层与钛合金熔敷层之间均剩余了一层纯Nb中间层,在Al/Nb界面处分别形成了厚度约为0.8μm和2.0μm的AlNb反应层;送丝速度为5 m/min时,Nb中间层和部分钛合金熔敷层发生了熔化,形成了Ti-Al, Al-Nb和Ti-Cu等多种脆性金属间化合物。选择4 m/min送丝速度进行铝合金熔敷,可以获得具有较好成形和组织分布的添加Nb中间层钛/铝异种材料构件。

摩擦增材辅助Ti/Al搅拌摩擦搭接接头特征分析

为解决Ti/Al异种材料搅拌摩擦焊接接头强度低、搅拌针磨损等问题,提出一种摩擦增材辅助搅拌摩擦搭接焊(friction addition-friction stir lap welding,FA-FSLW)技术.该新工艺延续了固相连接的优势,具有热输入量低、界面金属间化合物薄等特点.文中研究了以6082铝合金作预沉积层辅助实现3 mm厚2A12铝合金板与4 mm厚TC4钛合金板之间的连接,焊接过程中搅拌头扎入铝沉积层而不接触钛表面,得到抗拉载荷最大为12.2 kN的接头.结果表明,FA-FSLW复合焊接头的界面迁移越大,接头承载越小.同时,发现界面处的Ti,Al元素发生了明显互扩散,Si元素在界面偏聚,与Ti,Al元素发生冶金反应后形成层状纳米级Ti-Al-Si金属间化合物,为提高接头强度奠定基础.