發(fā)布時間：2021-06-12 07:31

　　隨著科學技術(shù)的不斷進步,現(xiàn)代工業(yè)對異種金屬焊接的復合構(gòu)件需求越來越迫切。其中,銅/鈦復合構(gòu)件不僅滿足對金屬材料導熱、導電性的需求,而且還兼?zhèn)淠透g和耐低溫等優(yōu)良性能。然而這兩種金屬的熱物理和化學冶金性能差異較大,焊接接頭較易形成復雜的脆性金屬間化合物Ti_xCu_y。相比其它異種金屬的焊接方法,超聲波焊接具有高效環(huán)保、焊件變形小、不易產(chǎn)生脆性金屬間化合物等優(yōu)點,對銅/鈦異種金屬的連接具有獨特優(yōu)勢。本文提出采用超聲波點焊技術(shù)實現(xiàn)1mm厚的T2純銅和1mm厚的Ti6Al4V鈦合金異種金屬的連接,基于熱-力耦合,建立三維有限元分析模型,模擬分析在不同焊接工藝參數(shù)下銅/鈦超聲波焊接接頭界面的溫度場和應(yīng)力場分布規(guī)律;研究不同焊接工藝參數(shù)對銅/鈦超聲波焊接接頭的界面成形、微觀結(jié)構(gòu)以及力學性能的影響;采用鋅箔中間層,改變銅/鈦焊接接頭界面層的組織結(jié)構(gòu),增大接頭有效結(jié)合面積,進而提高接頭力學性能。有限元分析結(jié)果如下:銅/鈦超聲波焊接接頭界面的溫度場和應(yīng)力場分布具有不均勻性,壓痕下方界面溫度和應(yīng)力最大并向四周逐級遞減。隨著焊接能量的增加,銅/鈦接頭界面最高溫度和高... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：106 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

銅-鈦二元相圖

吉林大學碩士學位論文41.3銅/鈦異種金屬焊接的研究進展由于銅/鈦異種金屬復合構(gòu)件在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域具有潛在的發(fā)展前景，近年來許多國內(nèi)外學者為獲得優(yōu)質(zhì)的銅/鈦復合構(gòu)件在工藝方面開展了積極有益的探索，嘗試使用不同的焊接方法如激光焊、電子束焊、CMT焊、摩擦焊、爆炸焊和擴散焊[26]�，F(xiàn)將對以上的焊接方法進行簡要概述。1.3.1銅/鈦激光焊YongZhao等人[27]對T2純銅和TA18鈦合金進行了激光焊接試驗。主要研究當使用激光束以0.45mm的偏移量照射Cu側(cè)母材時(如圖1.2所示)，其接頭組織和力學性能的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Cu側(cè)焊接熔合線主要由Cu固溶體組成，界面焊縫區(qū)處的金屬間化合物(IMC)的厚度約25μm，金屬間化合物由TiCu，TiCu2，Ti2Cu和Ti3Cu4混合組成。銅/鈦對接接頭斷裂位置發(fā)生在金屬間化合物層處，接頭抗拉強度可達到151MPa，相當于銅母材金屬抗拉強度的61%。圖1.2激光對銅偏移示意圖Fig.1.2SchematicdiagramofthelaseroffsettoCuXiao-LongGao等人[28]采用添加鈮中間層的激光輔助釬焊實現(xiàn)了對銅和鈦合金的連接。焊接過程如圖1.3所示，研究表明，熔合區(qū)包括在Ti6Al4V/Nb界面形成的Ti基和Nb基固溶體，而擴散結(jié)合層包括在Nb/Cu界面形成的Cu基和Nb基固溶體。Nb夾層的使用成功防止了熔池中Ti和Cu的結(jié)合，從而避免了TixCuy脆性相的形成。帶有Nb中間層的Cu/Ti接頭的最大抗拉強度為225MPa，

第1章緒論5斷裂位置出現(xiàn)在Nb/Cu界面附近的Cu側(cè)界面區(qū)域并呈韌性斷裂。圖1.3激光輔助釬焊焊接過程Fig.1.3Laserassistedbrazingprocess王偉宇等人[29]對T2紫銅和TA18鈦合金進行了激光自熔焊接試驗，試驗發(fā)現(xiàn)接頭焊縫處形成大量TixCuy類金屬間化合物，接頭的最大抗拉強度僅為81MPa。為了改善接頭的力學性能，采用不同厚度的V中間層進行銅/鈦異種金屬的激光焊接試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當采用0.2mm厚的V中間層時，焊縫中仍有大量的TixCuy脆性相形成，接頭抗拉強度幾乎沒有提升，約為84MPa；當采用0.4mm厚的V中間層時,焊縫鄰近銅界面幾乎不產(chǎn)生金屬間化合物，焊縫鄰近鈦界面仍有大量的脆性相形成，接頭抗拉強度有所提升，約為153MPa；當采用0.6mm厚的V中間層時，接頭焊縫處脆性相含量顯著減少，接頭抗拉強度約為176MPa。1.3.2銅/鈦電子束焊ShunGuo等人[30]采用真空電子束焊接方法成功連接Ti6Al4V鈦合金和T2純銅異種金屬，電子束焊接過程示意圖如圖1.4所示。結(jié)果表明，Cu母材可以很好地潤濕Ti合金表面，但反之則不然。因此，在銅板上移動電子束有助于改善其外觀質(zhì)量和結(jié)合強度。當電子束以1.4mm的偏移量移向銅母材時，Cu/Ti焊接接頭的抗拉強度可達147MPa，相當于T2銅母材抗拉強度的63%。微觀組織分析表明，熔合區(qū)存在一個薄的金屬間化合物層。它由多種TixCuy金屬間化合物組成，例如Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4和β-TiCu4等。斷裂位置發(fā)生在金屬間化合

【參考文獻】：
期刊論文
[1]純鋯作中間層擴散連接TC4鈦合金的接頭組織與力學性能[J]. 王東,曹健,代翔宇,亓鈞雷,馮吉才.  稀有金屬材料與工程. 2018(02)
[2]TC4鈦合金流動軟化行為及本構(gòu)模型研究[J]. 徐勇,楊湘杰,何毅,杜丹妮.  稀有金屬材料與工程. 2017(05)
[3]焊接能量對鋁/鈦超聲波焊接接頭性能的影響[J]. 趙玉津,張慧敏,羅震,馮夢楠,郭客.  天津大學學報(自然科學與工程技術(shù)版). 2017(01)
[4]超聲波金屬焊接的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢探討[J]. 韓建輝.  科技創(chuàng)新與應(yīng)用. 2015(35)
[5]利用Ag箔作中間層實現(xiàn)Ti-6Al-4V鈦合金/無氧銅的低溫高強擴散焊接（英文）[J]. 沈強,向會英,李美娟,羅國強,王儀宇,王傳彬,張聯(lián)盟.  稀有金屬材料與工程. 2015(11)
[6]鈦銅異種金屬CMT焊接參數(shù)的優(yōu)化[J]. 陳濤,雒旭亮,馬元學,王暾,車永平.  化工機械. 2015(05)
[7]金屬超聲波焊接技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 劉曉兵,李鵬,夏慧,姜風春,申世坤.  熱加工工藝. 2015(15)
[8]2A12與2A11鋁合金超聲波焊接工藝與組織研究[J]. 謝俊峰,朱有利,黃元林,白昶.  材料工程. 2015(03)
[9]Experimental investigation of Tie6Ale4V titanium alloy and 304L stainless steel friction welded with copper interlayer[J]. R.KUMAR,M.BALASUBRAMANIAN.  Defence Technology. 2015(01)
[10]航空用鈦合金研究進展[J]. 金和喜,魏克湘,李建明,周建宇,彭文靜.  中國有色金屬學報. 2015(02)

博士論文
[1]Ga、Ce對Ag17CuZnSn釬料組織及性能的影響[D]. 馬超力.南京航空航天大學 2017
[2]Ti-6Al-4V/QAl10-3-1.5異種材料擴散連接研究[D]. 郭偉.吉林大學 2006

碩士論文
[1]銅/鈦異種金屬激光焊接頭組織與性能研究[D]. 王偉宇.江蘇科技大學 2018
[2]Cu/Al異種金屬超聲波焊接接頭組織與力學性能[D]. 劉東鋒.吉林大學 2018
[3]銅/鋁合金超聲波釬焊三維數(shù)值模擬及試驗研究[D]. 劉達繁.南昌大學 2015
[4]鈦/銅異種金屬冷金屬過渡技術(shù)及接頭腐蝕行為[D]. 馮振.蘭州理工大學 2014
[5]層疊式鋰電池制造中金屬極片的超聲波焊接工藝優(yōu)化方法[D]. 李東.上海交通大學 2013



本文編號：3226206