鈦合金與鋁合金異種金屬釬焊及熔釬焊研究進(jìn)展

劉德運(yùn)，沈元?jiǎng)?，李秀朋，李云月，趙明遠(yuǎn)

(鄭州機(jī)械研究所有限公司，新型釬焊材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001)

0 前言

Ti/Al 異種金屬連接的部件廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)，通過(guò)異種材料的連接結(jié)合每種材料的各自?xún)?yōu)勢(shì)來(lái)獲得優(yōu)越的綜合使用性能[1]。由于Ti/Al 的物理性能、化學(xué)性能和冶金性能存在顯著差異，因此要獲得具有理想力學(xué)性能的Ti/Al 異種金屬接頭仍具挑戰(zhàn)[2]。目前，應(yīng)用于Ti/Al 等異種金屬焊接的技術(shù)有釬焊、熔釬焊、熔焊、擴(kuò)散焊、混合摩擦焊、爆炸焊等[3]。釬焊是指升溫使釬料熔化而母材不熔化，熔化的釬料潤(rùn)濕母材，進(jìn)而與母材冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)接頭的連接。由于母材不熔化，與熔化焊相比，焊接應(yīng)力更小，同時(shí)通過(guò)改善釬料成分比例和焊接溫度等參數(shù)，可降低T/Al 金屬間化合物的生成，從而達(dá)到鈦合金和鋁合金的更有效連接[4]。Ti/Al 熔釬焊技術(shù)同時(shí)具有熔焊與釬焊兩種連接方法的優(yōu)勢(shì)，熔釬焊技術(shù)可以有效的抑制Ti/Al 金屬間化合物的生成，從而使獲得的鈦合金/鋁合金異種金屬焊接接頭性能更為優(yōu)異[5]。

文中重點(diǎn)從釬焊與熔釬焊兩個(gè)方面綜述國(guó)內(nèi)外關(guān)于鈦合金/鋁合金異種接頭連接方法的研究報(bào)道，并指出目前技術(shù)的不足之處和未來(lái)研究的發(fā)展趨勢(shì)，期待為鈦合金/鋁合金異種金屬接頭提供有意義的技術(shù)基礎(chǔ)與參考數(shù)據(jù)。

1 焊接性分析

Ti/Al 異種金屬的焊接特性不同，主要在于其物理和化學(xué)性質(zhì)方面的差異。鈦合金和鋁合金的熔點(diǎn)、電導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)方面有著很大的區(qū)別[6-7]。鈦合金和鋁合金之間的熔點(diǎn)差距大約在1000 ℃，在焊接過(guò)程中，鋁合金率先達(dá)到熔點(diǎn)熔化，而鈦合金還處于固態(tài)，液態(tài)鋁合金密度較小會(huì)浮于焊縫表面，因此導(dǎo)致焊接成形不良[8]。并且兩者線膨脹系數(shù)差距較大，導(dǎo)熱能力不同，在焊縫成形或冷卻過(guò)程中也易形成焊接裂紋。另外，Ti/Al 異種金屬接頭的焊縫也極易產(chǎn)生TiAl，TiAl3等脆性金屬間化合物，影響接頭力學(xué)性能[9]。此外，由于鋁合金和鈦合金的化學(xué)活性均較高，易形成氧化層，從而影響潤(rùn)濕性。鈦在高溫下，極易與氧、氮和氫進(jìn)行吸氣反應(yīng)[10]。為避免吸氣反應(yīng)，并避免鈦合金/鋁合金接頭焊縫氧化，必須處于真空環(huán)境下或者惰性氣體保護(hù)氛圍下進(jìn)行焊接。選擇合適的焊接方法與焊接工藝減小界面內(nèi)應(yīng)力與界面脆性相的產(chǎn)生，以獲得性能更為優(yōu)異的接頭。而目前，國(guó)內(nèi)外鋁合金/鈦合金異種金屬所采用的焊接方法，大致分為3 大類(lèi)：壓力焊、熔焊和釬焊，而壓力焊又包含爆破焊、摩擦焊和擴(kuò)散焊。鈦合金和鋁合金之間的固溶性都較小，研究者們對(duì)熔焊的研究也相對(duì)較少，而一般使用的焊接方法是釬焊和熔釬焊。該文主要對(duì)鈦合金/鋁合金異種金屬材料的釬焊及熔釬焊技術(shù)發(fā)展做出綜述，同時(shí)著重探討了焊接方法與工藝對(duì)焊接效果的影響。

2 釬焊

釬焊選擇熔點(diǎn)比待焊金屬低的材料做釬料，釬焊時(shí)，將釬料置于待焊金屬之間，并加溫至未達(dá)到待焊金屬熔點(diǎn)而使釬料熔融的溫度，釬料熔化后對(duì)待焊金屬表層加以鋪展?jié)櫇癫⑾嗷U(kuò)散，最終完成待焊母材的加工焊接。釬焊的優(yōu)點(diǎn)是它更加適于焊接異種材質(zhì)金屬，特別適合化學(xué)和物理性能差別較大的金屬。通常條件下，選擇合適的焊接方法與焊接參數(shù)可以避免Ti/Al 接頭熔蝕、高溫下氧化、產(chǎn)生氣孔和裂紋的缺陷，但是焊縫產(chǎn)生脆性金屬化合物卻無(wú)法避免，目前，避免鈦合金與鋁合金焊接接頭產(chǎn)生脆性金屬間化合物仍是主要研究方向。文中按釬焊方法劃分，綜述鈦合金與鋁合金異種金屬釬焊研究現(xiàn)狀。

2.1 爐中真空釬焊

國(guó)外對(duì)Ti/Al 異種金屬真空釬焊研究較早，Takemoto 等學(xué)者[11]很早便開(kāi)始對(duì)鈦/鋁異種金屬的釬焊進(jìn)行研究，在高真空條件下，使用Al-30Ag-10Cu，Al-10Cu-8Sn 和Al-10Si-1Mg 釬料對(duì)純鈦/純鋁異種金屬進(jìn)行釬焊，釬焊溫度為600～620 ℃。使用Al-30Ag-10Cu，Al-10Cu-8Sn 釬料釬焊的接頭，在接近鈦一側(cè)發(fā)現(xiàn)脆性金屬間化合物TiAl3，并分別產(chǎn)生了Ag2Al 和CuAl2相，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，接頭斷裂于金屬間化合物層，抗拉強(qiáng)度僅有38 MPa，使用Al-10Si-1Mg 釬料釬焊的Ti/Al 異種金屬接頭，生成的金屬間化合物為T(mén)i7Al5Si12，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到70 MPa，接頭斷裂在釬料部位。分析認(rèn)為：當(dāng)Si 含量較少時(shí)，元素Si 可以固溶于TiAl3相中，抑制TiAl3組織生長(zhǎng)，TiAl3層厚度變??；當(dāng)Si 含量較多且超過(guò)TiAl3固溶度時(shí)，產(chǎn)生新相Ti7Al5Si12，接頭抗拉強(qiáng)度也因組織不同而產(chǎn)生差異。

為改善Ti/Al 釬焊接頭性能，研發(fā)適用于Ti/Al釬焊接頭的釬料?？祷鄣葘W(xué)者[12]根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果和有關(guān)資料，在Al-11.5Si 近共晶合金中加入不同成分的元素Sn 和Ga 合成9 種不同的釬料，并在真空條件下使用各新釬料對(duì)Ti/Al 進(jìn)行釬焊。分別對(duì)9種釬料釬焊出的異種金屬接頭進(jìn)行抗剪強(qiáng)度測(cè)試和潤(rùn)濕性能測(cè)試；在9 種釬料中，具備較好鋪展性和抗剪強(qiáng)度的釬料為添加10%Sn，0.2%Ga 的Al-11.5Si 鋁基釬料，使Ti/Al 異種金屬接頭獲得了較好的力學(xué)性能。國(guó)內(nèi)外其他研究者也試圖通過(guò)在釬料中加入其他微量元素，以提高釬焊接頭性能。Chang 等學(xué)者[13]使用Al-8.4Si-20Cu-10Ge 低熔點(diǎn)釬料，在釬料中加入稀土元素（La+Pr，共0.1%濃度），在530 ℃下完成Ti-6Al-4V 鈦合金和6061 鋁合金爐中真空釬焊。相比于沒(méi)加入稀土金屬的釬料，Ti/Al 接頭抗拉強(qiáng)度由20 MPa增加到了51 MPa。稀土金屬的摻入使釬料的固相線與液相線溫度降低，界面化學(xué)反應(yīng)能減少，也提高了液態(tài)釬料對(duì)待焊金屬的潤(rùn)濕。在釬料/鈦合金界面處，形成了寬度約為3～6 μm 的三元金屬間化合物Al5Si12Ti7層，如圖1 所示，進(jìn)而提高了Ti/Al 接頭的抗拉強(qiáng)度。

圖1 不同釬焊參數(shù)下6061/Ti-6Al-4V 接頭顯微組織[13]

2.2 感應(yīng)釬焊

感應(yīng)釬焊通過(guò)零件自身電阻流經(jīng)感應(yīng)電流產(chǎn)熱。由于自身產(chǎn)熱升溫速率快，可以避免母材的晶粒長(zhǎng)大和再結(jié)晶的產(chǎn)生，并且可根據(jù)工件形狀設(shè)計(jì)線圈，更為靈活，也能夠完成對(duì)工件的局部加熱升溫。徐永強(qiáng)[14]對(duì)Ti/Al 異種金屬感應(yīng)釬焊工藝開(kāi)展了深入研究，在試驗(yàn)中由于鋁基釬料對(duì)鈦板表面的潤(rùn)濕較差，因此提出了采用在鈦板表層預(yù)鍍鋁層的方法，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析有無(wú)鍍層條件下的鈦合金/鋁合金異種金屬釬焊接頭，得出在無(wú)鍍層條件下，釬焊接頭界面反應(yīng)層呈現(xiàn)層狀、針狀、桿狀、鋸齒形等多狀結(jié)構(gòu)和多相構(gòu)造，在鍍層作用條件下界面反應(yīng)層出現(xiàn)均勻的層狀和細(xì)小針狀結(jié)構(gòu)。層狀Ti(Al,Si)3、針狀Ti7Al5Si12雙相組織可以有效阻止金屬裂紋擴(kuò)散，釬焊接頭斷裂于釬縫內(nèi)。鈦板表面預(yù)鍍鋁層可以提高金屬釬料對(duì)鈦板表面的潤(rùn)濕能力，并抑制界面反應(yīng)層的生長(zhǎng)。

為了提高釬焊接頭性能，并提高釬料對(duì)待焊金屬的潤(rùn)濕性，張曄[15]通過(guò)國(guó)內(nèi)外研究分析自制了2 種中低溫釬焊釬料分別為ZnAlCuAg 與ZnAlCuSn，并進(jìn)行了相關(guān)組織性能試驗(yàn)分析，在外加超聲波條件下，對(duì)2 種釬料進(jìn)行潤(rùn)濕性能測(cè)試，在施加超聲波1 s 的情況下，2 種釬料對(duì)母材都有更好的潤(rùn)濕，且ZnAlCuSn釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能優(yōu)于ZnAlCuAg 釬料。在大氣條件下通過(guò)高頻感應(yīng)在超聲波輔助作用下實(shí)現(xiàn)Ti-6Al-4V 鈦合金與3A21 鋁合金的焊接，拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)使用Al-1.5Si 作為預(yù)鍍層進(jìn)行拉伸時(shí)，斷裂發(fā)生在鋁合金母材，觀察斷口發(fā)現(xiàn)大量韌窩，為韌性斷裂，有著最高的抗拉強(qiáng)度，而使用其他幾種預(yù)鍍層時(shí)斷裂均發(fā)生在界面處。加入Sn 元素雖可以提高釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能，但釬焊過(guò)程中Sn 易沉積于底層，且自身強(qiáng)度不高，斷裂易發(fā)生在富Sn 相，造成接頭抗剪強(qiáng)度不高。

2.3 超聲波釬焊

鈦合金與鋁合金異種金屬還可通過(guò)超聲預(yù)涂敷進(jìn)行釬焊，首先將鋁層超聲預(yù)涂敷在鈦板上，然后對(duì)鋁合金與預(yù)涂敷鋁層鈦合金進(jìn)行超聲釬焊，也可實(shí)現(xiàn)鈦合金與鋁合金異種金屬的連接。馬志鵬等學(xué)者[16-17]在非真空條件下，通過(guò)直接超聲釬焊法與鈦合金預(yù)涂敷鋁層超聲釬焊法完成了TC4 鈦合金與2A12 鋁合金的連接。對(duì)異種金屬釬焊接頭進(jìn)行掃描電鏡觀察和能譜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在超聲預(yù)涂覆釬焊工藝下，TC4 鈦合金/2A12 鋁合金異種金屬釬焊接頭最高抗剪強(qiáng)度可達(dá)141 MPa。對(duì)釬焊接頭斷口進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：斷裂發(fā)生于Zn-Al 釬料中，并且在釬焊接頭TC4 側(cè)界面有TiAl3和TiAlSi 金屬間化合物。

Ma 等學(xué)者[18]研究了用鋅基釬料(不含Si 和含Si)超聲輔助釬焊Al-4Cu-1Mg 鋁合金和TC4 鈦合金的工藝。為了控制TC4 鈦合金樣品與釬料之間金屬間化合物的形成，在釬焊前對(duì)TC4 鈦合金樣品進(jìn)行了熱浸鍍鋁和超聲浸鍍。TC4 鈦合金基體與鍍鋁涂層之間的界面處形成了TiAl3相，對(duì)于不含Si 的Zn基釬料，超聲作用下釬焊接頭的TC4 鈦合金界面沒(méi)有變化，僅由TiAl3相組成。對(duì)于含Si 的Zn 基釬料，在超聲波作用下，釬焊接頭界面區(qū)TiAl3相消失，形成Ti7Al5Si12相。焊縫中脆性金屬化合物由TiAl3轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)i7Al5Si12，抗剪強(qiáng)度最高達(dá)到138 MPa，分析原因可能與脆性金屬化合物的組織有關(guān)，TiAl3為塊狀組織，Ti7Al5Si12為片狀組織。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)超聲波釬焊進(jìn)行了大量的研究，但由于設(shè)備昂貴，目前僅應(yīng)用于軟釬焊，仍存在局限性[19]。

3 熔釬焊

熔釬焊適用于熔點(diǎn)相差較大的異種金屬，鈦合金與鋁合金在熔點(diǎn)上相差1000 ℃左右，熔點(diǎn)差異較大，可通過(guò)控制焊接熱輸入使鋁側(cè)局部金屬熔化而鈦則保持固態(tài)進(jìn)而形成有效結(jié)合[20]。目前，關(guān)于鈦與鋁熔釬焊技術(shù)的研究大多使用電子束焊接、激光焊、電弧焊等工藝。

3.1 電子束熔釬焊

電子束焊接的基本原理是真空室內(nèi)原子被加速進(jìn)行定向高速移動(dòng)對(duì)待焊工件進(jìn)行沖擊，這一過(guò)程中把原子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱量，通過(guò)轉(zhuǎn)換的熱量使待焊工件熔融后冷卻凝固，最后形成焊縫[21]。利用高真空電子束對(duì)Ti/Al 進(jìn)行熔釬焊，高能量密度的電子束熱源可以很好地控制熔池的尺寸、形態(tài)及電子束斑的位置，可有效降低界面溫度、減少反應(yīng)時(shí)間，從而有利于Ti/Al 等異種金屬的焊接[22]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)Ti/Al 的電子束熔釬焊研究集中于工藝參數(shù)及接頭母材重熔改性等方面。王亞榮等學(xué)者[23-24]利用真空電子束及采用對(duì)接的形式對(duì)鋁合金板和鈦合金板進(jìn)行熔釬焊，為充分利用低熔點(diǎn)金屬鋁合金自身的熔化作為潤(rùn)濕填充材料釬接高熔點(diǎn)的鈦合金，在焊接時(shí)鋁合金板需略高于鈦合金板。焊接中適當(dāng)降低電子束加速電壓，采用低加速電壓60 kV，以降低電子動(dòng)能，減小束流穿透能力，同時(shí)選擇合適的束流強(qiáng)度，使得釬接焊縫表面光滑，避免擊穿界面，當(dāng)電子束流為13.5 mA 時(shí)，實(shí)現(xiàn)焊接接頭的平滑過(guò)渡，焊縫成形良好，5A06/TC4 釬焊接頭的界面結(jié)構(gòu)及釬接界面的元素分布如圖2 所示。鈦合金結(jié)合部位存在一個(gè)明顯的過(guò)渡層，鋁合金側(cè)生成大量的塊狀反應(yīng)物，彌散分布于界面處，增強(qiáng)接頭性能，接頭抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到230 MPa。

圖2 5A06/TC4 接頭界面結(jié)構(gòu)[23]

鈦合金與鋁合金異種金屬熔釬焊時(shí)焊縫易出現(xiàn)熔合不良、高殘余應(yīng)力等問(wèn)題，且會(huì)產(chǎn)生大量硬脆Ti/Al 金屬間化合物，誘導(dǎo)裂紋產(chǎn)生。電子束熔釬焊時(shí)，向鋁側(cè)偏束掃描可減少Ti/Al 金屬間化合物生成，提高接頭抗拉強(qiáng)度。為得到電子束熔釬焊Ti/Al 異種金屬接頭的最佳工藝參數(shù)，王毅[25]對(duì)5052 鋁合金和TA2 鈦合金異種金屬接頭進(jìn)行電子束熔釬焊工藝試驗(yàn)，得到最好工藝參數(shù)：鋁側(cè)偏置距離0.9 mm、焊接束流21 mA、焊接速度10 mm/s，以及背部小束流強(qiáng)化處理。并且為了改善釬焊接頭性能，對(duì)接頭進(jìn)行重熔改性，并獲得重熔改性最好工藝參數(shù)：鈦側(cè)偏置距離2.5 mm、重熔掃描束流25 mA、重熔掃描速度10 mm/s。TA2 鈦合金與5052 鋁合金熔釬焊連接得到最優(yōu)接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)126 MPa，斷裂形式為脆性斷裂，TA2 鈦合金與5052 鋁合金重熔改性連接得到優(yōu)化接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)165 MPa，接頭斷面局部位置存在韌窩。

3.2 激光熔釬焊

激光熔釬焊由于其高靈活性、可調(diào)節(jié)能量輸出和更快的加熱/冷卻速率，已被證明是一種適用于焊接鈦合金與鋁合金異種金屬的工藝方法[26]。為降低金屬間脆性化合物的生成，李鵬等學(xué)者[27-28]對(duì)比研究了單、雙焦點(diǎn)2 種不同的激光作用模式對(duì)TC4/6061激光熔釬焊縫成形、界面金屬間脆性化合物層及界面溫度場(chǎng)的影響。相比單焦點(diǎn)激光，并行雙焦點(diǎn)激光有效改善了填充釬料在TC4 側(cè)的潤(rùn)濕性，擴(kuò)展了焊接工藝窗口，降低了界面脆性金屬間化合物層的厚度，并提高了脆性金屬間化合物層分布的均質(zhì)性。單焦點(diǎn)激光時(shí)，界面最高溫度為915 ℃，溫度梯度為103 ℃；同等功率下，采用雙焦點(diǎn)激光時(shí)，界面最高溫度降為807 ℃，溫度梯度降為47 ℃，界面金屬間化合物層的厚度差由4.99 μm 減小為0.77 μm，接頭強(qiáng)度由150 MPa 提高至187 MPa。同樣，Zhang 等學(xué)者[29]為調(diào)節(jié)Ti/Al 異種合金激光熔-釬焊過(guò)程中界面反應(yīng)的不均勻性，使用雙激光束雙邊同步熔釬焊方法。分析了不同雙光束輸入條件下金屬間化合物的形成機(jī)理。試驗(yàn)使用母材為T(mén)C4 鈦合金與1050 鋁，結(jié)果表明：兩側(cè)激光功率相同時(shí)，可以獲得沿Ti/Al 界面具有均勻鋸齒形金屬間化合物的良好釬焊接頭，如圖3 所示。釬焊界面的左、中、右均分布有連續(xù)鋸齒狀的金屬間化合物層，金屬間化合物厚度為3～4 μm，結(jié)合強(qiáng)度最高可達(dá)鋁合金母材的71%。

圖3 釬焊界面左、中、右金屬間化合物顯微形貌[29]

為了提高母材的潤(rùn)濕性能，陳曦等學(xué)者[30-31]采用飛秒激光對(duì)鈦合金表面進(jìn)行織構(gòu)處理，在研究中發(fā)現(xiàn)使用1.5 W 激光功率處理過(guò)的金屬表面有最好的潤(rùn)濕性，潤(rùn)濕角為4.6°。并分別對(duì)飛秒激光處理、未處理Ti/Al 異種金屬進(jìn)行激光熔釬焊，對(duì)力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，飛秒激光未處理Ti 時(shí)，Ti/Al 異種金屬接頭的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為181.1 MPa 和4.1%。飛秒激光織構(gòu)表面Ti/Al 異種接頭的抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率分別為220.3 MPa 和5.7%。證明飛秒激光織構(gòu)的微觀形貌增強(qiáng)了Ti 表面的潤(rùn)濕行為，提高了結(jié)合質(zhì)量。另外，Zhang 等學(xué)者[32]提出了在TA2/AA5150 異種接頭中添加銀網(wǎng)夾層制備Ag 合金鋁焊縫和Ti/Al 界面區(qū)的新方法，研究了帶銀網(wǎng)和不帶銀網(wǎng)Ti/Al 接頭的組織和力學(xué)性能。無(wú)Ag 焊縫的鋁晶粒主要由原鋁組成。這是鋁凝固過(guò)程中鎂元素重分布的結(jié)果。隨著激光功率的減小，凝固界面前端過(guò)冷度和溫度梯度增大，鋁的成核速率增大。在含Ag 的鋁焊縫中，Mg 元素被MgAg 相和MgAgAl 相富集。使原鋁消失，活性Mg 元素減少。添加Ag 元素的鋁晶粒比不添加Ag 元素的鋁晶粒細(xì)小，原因可能是MgAg 相抑制了鋁枝晶的生長(zhǎng)。與未添加Ag 的鋁焊縫相比，添加Ag 的鋁焊縫織構(gòu)減弱，枝晶發(fā)育不充分。證明銀合金化可以減少Al3Ti 和Al 之間的力學(xué)性能不匹配。在銀網(wǎng)的輔助下，接頭的最佳平均抗剪強(qiáng)度從147.7 MPa 提高到171.4 MPa。

通過(guò)優(yōu)化激光熔釬焊工藝、焊縫填充合金金屬等方式可一定程度上改善Ti/Al 異種金屬釬焊接頭組織性能，但接頭鈦合金側(cè)組織分布不均問(wèn)題仍難以解決。

3.3 電弧熔釬焊

采用電弧作為熱源進(jìn)行Ti/Al 異種金屬熔釬焊，對(duì)工件尺寸、接頭形式的適應(yīng)性強(qiáng)，工藝成本低，對(duì)環(huán)境要求低[33]。隨著弧焊電源性能的不斷發(fā)展，電弧熔釬焊技術(shù)也得到進(jìn)一步重視。根據(jù)焊接電弧的不同，可分為：TIG 電弧熔釬焊、MIG 電弧熔釬焊及CMT 熔釬焊等。

為研究不同輸入電流和焊接速率對(duì)鈦合金/鋁合金異種金屬接頭成形品質(zhì)的影響，張萍等學(xué)者[34]利用TIG 對(duì)TC4 鈦合金材料和6016 鋁合金材料開(kāi)展了異種金屬的熔釬焊試驗(yàn)，當(dāng)焊接電流為110～130 A、焊接速度為1.5 mm/s 時(shí)，焊接接頭成形良好。鈦合金與焊縫界面處發(fā)現(xiàn)鋸齒狀和棒狀脆性金屬間化合物TiAl3。接頭具有3 種不同的斷裂形態(tài)，其中以沿鈦合金和釬料界面的破裂形態(tài)較為普遍，接頭也呈現(xiàn)了脆性斷裂特點(diǎn)。呂世雄等學(xué)者[35-36]同樣利用TIG 工藝研究了填充金屬添加稀土元素熔釬焊Ti-6Al-4V/LF6 接頭，并對(duì)接頭進(jìn)行分析。未填充金屬的熔釬焊接頭抗拉強(qiáng)度為139 MPa，裂縫沿TiAl3層和焊縫間的邊界延伸。焊縫添加Al-Cu-La 焊絲為填充物的接頭，焊縫組織為T(mén)iAl3+Ti2Al20La 雙化合物層，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到270 MPa，裂紋沿TiAl3化合物與鈦合金界面處開(kāi)裂。分析接頭強(qiáng)度的提高與稀土La元素作用下形成的雙化合物層有關(guān)。

為改善接頭性能，何錫鑫[37]采用不同合金元素的焊絲對(duì)焊縫進(jìn)行填充（焊接電流110 A、電弧電壓15 V、焊接速度10 mm/s），電弧向鋁合金一側(cè)偏移0.3 mm 的MIG 電弧熔釬焊工藝對(duì)2.5 mm 厚的TC4鈦合金和2A12 鋁合金進(jìn)行熔釬焊工藝試驗(yàn)。結(jié)果表明：采用不同合金元素的焊絲獲得的熔釬焊接頭，電弧直接加熱區(qū)域的鈦合金均發(fā)生了輕微熔化，形成一定厚度的呈現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)的熔合區(qū)，中下部為鋸齒狀的釬焊界面。釬焊界面周?chē)暮缚p中均存在一定棒狀、塊狀的析出相。Al-Si 焊絲獲得的接頭鈦合金一側(cè)上部熔合區(qū)較窄，而釬焊界面較寬整體厚度均勻。拉伸測(cè)試發(fā)現(xiàn)：填充Al-Si 焊絲獲得的接頭抗拉強(qiáng)度最高，達(dá)到227 MPa。孫軍浩等學(xué)者[38]以ER4043鋁合金焊絲做為填充材料，采用CMT（冷金屬過(guò)度）熔釬焊工藝對(duì)6061 鋁合金和TA2 鈦板進(jìn)行了異種合金連接試驗(yàn)。試驗(yàn)所獲得的焊接接頭顯微組織具有明顯的熔焊和釬焊雙重特征，鈦一側(cè)的釬焊層呈現(xiàn)雙層結(jié)構(gòu)，由近鈦合金界面的Ti3Al 連續(xù)層和近焊縫側(cè)向焊縫生長(zhǎng)的鋸齒狀的TiAl3層兩部分組成。拉伸試驗(yàn)接頭在鋁合金母材的熱影響區(qū)內(nèi)斷裂，抗拉強(qiáng)度達(dá)到197.5 MPa。針對(duì)鈦合金與鋁合金異種金屬電弧熔釬焊研究主要集中于工藝改進(jìn)與接頭性能提高上，在接頭鈦側(cè)及鋁側(cè)微觀組織分布差異研究極少，不能從根本上解決界面組織的不均勻性。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用鋁基釬料釬焊Ti/Al 接頭時(shí)，可通過(guò)控制Si 元素含量來(lái)減少Ti-Al 金屬間化合物的生成，同時(shí)添加適量Ga、稀土元素等來(lái)改善接頭性能，但仍難避免釬焊時(shí)脆性金屬化合物在Ti/Al 界面處形成。

（2）熔釬焊時(shí)雖可通過(guò)選擇合適的焊接方法與焊接工藝或通過(guò)焊縫填充金屬來(lái)減少脆性Ti-Al 金屬間化合物生成，但由于熔釬焊時(shí)焊接熱輸入分布不均，易導(dǎo)致焊縫界面組織分布不均。

（3）尋找合適的釬焊工藝和釬料控制脆性Ti-Al金屬間化合物的形成仍是釬焊鈦合金/鋁合金異種接頭的主要研究方向。在熔釬焊方面，改變單一熱源通過(guò)多種熱源耦合調(diào)控可有效解決熱輸入分布不均的問(wèn)題，減小接頭界面組織分布的不均勻性，因此復(fù)合焊技術(shù)在鈦合金與鋁合金熔釬焊方向有很大應(yīng)用前景。