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钛-钢异种金属电阻钎焊温度场仿真及工艺研究
| 论文题名： | 钛-钢异种金属电阻钎焊温度场仿真及工艺研究 |
| 关键词： | 钛钢电阻钎焊;温度场;焊缝成形;金属夹层;力学性能 |
| 摘要： | 为响应国家节能减排的号召，实现结构的轻质化，在航天及汽车领域越来越多的结构件采用了两种或更多种材料连接，钛合金与钢作为两种广泛应用的金属材料，实现其可靠性连接将意义重大。电阻钎焊因其高效的焊接效率和较低的能耗被广泛应用，而温度场的变化直接影响着焊接接头的组织及力学性能，掌握电阻钎焊过程中温度场的变化规律对实现材料的可靠连接具有指导意义。故本文采用仿真软件对焊接过程温度场进行模拟，得出不同焊接方式下温度场的变化规律，并在最佳方式下探究不同金属夹层（Cu、Ni、Ni/Cu合金）对接头组织及性能的影响，为实现钛钢异种金属焊接的安全性、可靠性及便捷性提供新思路。 利用MSC.Marc仿真软件模拟了石墨热补偿、相同直径（10mm）电极及不同直径电极（上10mm下8mm）三种焊接方式下钛钢电阻钎焊温度场变化规律。结果表明，尽管热补偿方式维持了热量提升了最高温度，但高温区始终位于下电极与石墨接触部分，高温区域发生偏移，在实际焊接时，在高温和电极压力的共同作用下，石墨块粉碎电极熔化；在相同直径电极模拟时，高温区始终偏置于钛母材一侧，母材两侧的温差一直较大；而选用不同直径电极模拟时，可以保证焊接热量主要集中于焊缝中心区域，温度分布较为合理，使得焊缝区域温度得以提升，改善了焊接过程中钛侧的热量偏置问题。 根据模拟结果在最佳电极配置方式下进行了钛钢异种金属电阻钎焊工艺试验，对比分析了无夹层、镍、铜以及镍铜合金夹层对焊缝成形、组织及力学性能的影响。结果表明，在以无夹层、镍及铜为夹层焊接时，焊接接头均形成了熔核，且熔核内部存在大量的裂纹和孔洞缺陷，力学性能较低；但在以镍铜合金为中间层进行焊接时，接头未形成熔核无明显缺陷，呈现为明显的层状过渡分布，界面结合处主要通过元素扩散实现连接，镍铜合金夹层的存在抑制了Fe和Ti元素的相互扩散，减少了Ti-Fe金属间化合物的形成。接头区域主要由Cu4Ti3、Fe2Ti、Ti2Ni、Ni4Ti3、Ni3Fe等物相组成，焊接接头力学性能大幅度提高，抗剪载荷达到12726N，接近为无夹层时的2倍。 |
| 作者： | 孙志超 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 张洪涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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