钛铜异种金属CMT焊接参数的优化.pdf

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1、第42卷第5期化工机械639钛铜异种金属CMT焊接参数的优化陈涛8雒旭亮马元学王暾车永平(兰州兰石能源装备工程研究院有限公司)摘要以TA2工业纯钛和T2纯铜为研究对象，利用冷金属过渡(CMT)焊接技术进行了钛铜异种金属的焊接探索性试验。试验以ERCuNiAI镍铝青铜焊丝作为焊缝填充金属，采用cu上Ti下和Ti上cu下两种搭接方式，通过改变焊接工艺参数来进行优化并得出最佳数据。力学性能测试表明，ERCuNiAI镍铝青铜焊丝搭接试样接头的最高强度为223MPa。断口均发生在铜侧的焊接热影响区：利用SEM和EDAX能谱对接头的组织进行分析，结

2、果表明，焊接接头组织结构均可分为两种典型的区域，即焊缝主体的熔合区和母材界面处的反应层。其中，熔合区均由铜基固溶体基体(CuTi，基体+CuTi，、CuTi等多种化合物)及分布在基体上的金属间化合物组成；反应层则由Cu+Cu，Ti区和CuTi基固溶体区组成。关键词钛铜异种金属CMT焊金属问化舍物中图分类号TQ050．4+l文献标识码A文章编号0254-6094(2叭5)05_0639-04随着现代工业的发展和科技的进步，焊接构件除需满足力学性能外，还要求满足如高温强度、耐蚀性、耐磨性、抗蠕变性能、低温韧性及导电导热性等多方面的要求。因此

3、异种材料的焊接成为现代工业生产中不可或缺的一种先进技术，其特点是能够最大限度地利用材料的各自优点满足现代生产对材料结构性能多方面的要求。钛和钛合金是一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、塑韧性好、耐热耐蚀性好及可加工性好等特点，在航空航天、车辆工程和生物医学工程领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景¨。。铜和铜合金通常具有优良的导电导热性能、延展性和优良的抗腐蚀性能，某些铜合金还兼有较高的强度。实现铜合金与钛合金异种材料的有效连接既能满足导热性、耐磨性和耐蚀性的要求，又能满足轻质高强的要求，在航空航天、造船及仪表等领域必将拥有广

4、阔的应用前景。CMT(ColdMetalTransfer)冷金属过渡技术可以轻松实现无飞溅、低能量且变形较小的熔钎焊连接口’3。笔者采用CMT焊机和机器人集成的焊接系统，以ERCu—NiAI焊丝为填充金属，探索钛铜异种金属的焊接工艺，通过调整工艺参数和改善工艺条件，研究工艺参数对焊接成形质量的影响¨。，同时对焊接试样进行宏观和微观组织以及力学性能的测试，分析力学性能、微观组织与焊接工艺的关系”一。1试验材料和试验方法焊接试验母材选用TA2工业纯钛和1'2纯铜板材，尺寸规格为100mm×50mmXlmm，采用ERCuNiAl焊丝，直径1．

5、2mm，采用CMT焊接技术进行搭接焊，接头形式如图l所示。图1焊接接头搭接示意图通过对钛铜焊接参数的优化(焊接电压14．5V，电流155A，送丝速度4．3m／min，焊速6mm／s，偏移量为0)，最终可以得到具有较好成形的焊接接头，焊缝成形较为美观，余高约2～4mm，润湿角度在34～70。之间。t陈涛，女，1986年9月生，助理工程师。甘肃省兰州市，730050。640化工机械2015年采用Ti上CL，下的搭接方式焊缝成形美观，是理想的焊缝(图2)；采用cu上Ti下的搭接方式焊缝余高较低，并H焊缝颜色灰暗，当焊接参数较大时产生裂纹(图3

6、)。图2试样Ti上Cu下的焊缝2力学性能分析从试验样品中，随机抽选25组样品进行分析．从图4酞样拉仲结果柱状图可以看出，除21图3试样Cu上Ti下的焊缝号试样和85号试样以外，其他试样抗拉强度均在190MPa以上．达到了，铜母材抗拉强度的70％(191．80MPa)以卜其中l、14、16、19、28号试样的抗拉强度超过厂210MPa。l、14、19号采用的是CLl上Ti下的搭接方式；l6和28号试样采用的是Ti上Cu下的搭接方式，2l、85号试样在焊缝与铜母材的结合面处发生断裂。_匿I匡i震蹙．量．蓄蘑l蚕i。蓄雪匝匿瞬．1．i_l1§

7、l．雪．童霍l。雪．雪曩雪．霍震匿．i．1l．il．Il昏；一{()8385878889q{lql9二93q4试佯编lj图4试样拉伸结果柱状图从图5呵以看出，1、14、16、19、28号试样的抗拉强度超过r210MPa。l、14、19号采用的是CL—ji．I、i下的搭接方式；16和28号试样采用的是TiI-：Cu下的搭接方式。因此可以得出：当采用一元CuSi、程序时，设计成Cu上Ti下的搭接接头，以铁为垫板，送丝速度应在4．0～4．5m／rain范围内；以铜为垫板，送丝速度可达到5．7m／min；如果超过此范围，在焊缝处形成横向裂纹的趋

8、势将明显增大。当采用一元CuSi，程序时，设计成Ti上cu下的搭接接头，以铁为垫板，送丝速度应在5．0～6．0m／min范围内；以铜为垫板，送丝速度为6．0m／min时比相同条件下以铁为垫板的力学性能低一些