TiNi记忆合金激光焊接缺陷分析

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1、先进焊接技术ADVANc印wELo

2、NGTEcHNoLoGYT㈧记忆合金激光焊接缺陷分析StudyonLaser、MeldingDefectofTiNiShapeMemoryAUOy中航工业北京航空制造工程研究所欧阳捷陈俐苗玮[摘要】针对TiNj形状记忆合金薄板采用Nd-YAG连续激光进行自熔焊接和预填稀土薄片的工艺研究。试验表明，合理的焊接工艺参数可以获得良好的焊缝成形，然而，同常规的钛合金激光焊接一样，TiNi形状记忆合金主要焊接缺陷是气孔和裂纹。基于x射线图像、扫描电镜等手段对焊缝缺陷的位置、形状、大小和周边组织变化进行了进一步观察，并对

3、缺陷形成的原因和控制进行了分析二关键词：TiNi记忆合金激光焊接焊接气孔焊接裂纹【ABSTRACT】TheTiNishapememoryalloyweldedbyNd-YAGisinVestigated，bothforautogeneouslaserweldingandfor1aserweldingwithpre一丘llingrare·earthsheet．Theresultsshowthattheproperlaserweld—ingparameterscanproducemejointswimacceptedweldsh印eandquli哆

4、．TiNialloywelddefectsforlaserweldingaremainporositiesandweldingcracksjustthesameastheusualltitani啪alloy．TheporosityandcmckareanalyzedbymeansofX—rayandSEMtounderstandtheoccuringlocationofdef．ects，anddeflectshape，size，asweUasthemicmstructuressurroundingdefects．Thereasonofdefec

5、tformingandtheircontr01methodisalsodiscussed．Keywords：TiNishapememoryalloyLaserweld-ingWeldingporosityWeldingcrackDoI：10．16080／i．issnl671-833x．2015．15．098形状记忆合金(shapeMemoryAlloy—SMA)是20世纪70年代发展起来的新型功能材料，在外力作用下发生塑性变形，加热达到某一温度之上，将恢复变形前的形状，被称为形状记忆效应。NiTi形状记忆合金是目前应用较为广泛的一种记忆合金，它

6、除了具有比强度高、抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀和生物相容性好等特点外，还具有优异的形状记忆效应和超弹性(Supe卜elasticitvEffect—sE)，延伸率可达20％以上，恢复应变大，稳定性好，疲劳寿命达100次，而且具有比强度高、生物相容性优、耐腐蚀、耐磨损和高阻尼的特性，已应用于飞行器、核反应堆、建筑、桥梁、海洋结构及日常98航空制造技术·2015年第15期生活中，具有控制、减振和耐磨等作用，可以提高结构的安全可靠性。随着人们对TiNi形状记忆合金材料研究的进一步深人，对记忆合金的加工技术也提出了新的要求，其中之一就是焊接技术。激光焊接属于

7、高能束流焊接，加热集中，对材料热损伤小，这对形状记忆与超弹性合金焊接后仍可保持一定的形状记忆与超弹性是十分有利的，而且激光焊接变形小【1】。为了制备出复杂记忆合金结构件，并降低成本，国外十分重视激光焊接应用技术研究【2卅。然而，目前形状记忆合金结构焊接制造方面还存在困难，国内有关激光焊接TiNi记忆合金的基础性研究还比较少，相关焊接应用技术研究缺乏，且尚无关于焊缝缺陷的机理研究。本文在前人研究TiNi记忆合金激光焊接已有成果的基础上13’51，针对TiNi记忆合金激光焊接焊缝中出现的主要缺陷展开分析，研究缺陷的成因，为缺陷控制的工艺改进提供参考

8、，使TiNi记忆合金的激光焊接领域拓展有更好的前景。1试验材料与试验方法TiNi合金采用原料按预定成分配比(海绵钛+电解镍或海绵钛+电解镍+铌)一熔炼(真空感应+电弧重熔)一锻造(1073K)一轧制(热轧1073K，冷轧常温)一20min，723K真空热处理的过程制备，通过热轧获得1mm和2mm厚的板材。Ti一50．9Ni合金的化学成分如表1所示。为了减少激光焊接对TiNi合金记忆功能特性的损伤，本文也探讨了填加含稀土金属材料的激光焊接工艺性。TiNi合金的稀土薄片制备过程为：原料(海绵钛+电解镍)按Ti：Ni的原子比50．9％配比，再加入重量

9、比2％的混合稀土(La、Ce)_熔炼(真空感应+电弧重熔)_锻造(1073K)一轧制(热轧1073K)，然后加工成25mmx2mm×0．2mm的条片状