无锡不锈钢和钛合金异种金属焊接

异种金属焊接因其将多种性能集于一身被应用到很多工业领域，在先进制造业中扮演着越来越重要的角色。若将钛与无锡不锈钢进行焊接，钛合金-不锈钢结构可使无锡不锈钢的良好焊接性、耐磨性、低成本与钛合金低密度和良好的耐腐蚀性能相结合，充分发挥两种材料在性能和经济上的互补优势。

　　因此，无锡不锈钢和钛合金异种焊接在化工、航空和核工业等领域均有广泛的应用。但是，不锈钢和钛合金因理化性能的差异，焊接界面易形成大量脆性金属间化合物，无法得到优质的焊接结果。

　　故传统熔焊工艺不适合无锡不锈钢与钛合金的异种焊接。采用爆炸焊虽然成功用于钛钢复合板，但只适用于一定形状的工件，难以广泛应用。目前用于钛合金与不锈钢异种金属焊接的方法主要是扩散焊，电子束焊与激光焊。激光焊和电子束焊均具有加热和冷却迅速，焊缝深宽比大的优点，对异种金属焊接时脆性化合物的形成有很好的抑制作用。扩散焊因其较小的温度梯度，可以得到均匀性较好的结构，是一种近净形接合过程。 

　　一、扩散焊 

　　扩散焊是指在高温和一定压力下，两表面通过接触面发生蠕变和扩散作用使结合面孔隙闭合而实现连接的一种焊接方式。无锡不锈钢与钛合金的直接扩散焊主要通过温度和时间的合理搭配来得到较高的焊接质量。最佳温度一般在900℃±50℃，时间为30~60min，要保证界面孔隙闭合并且Fe-Ti化合物厚度较小；压强在5MPa左右，过高会增加接头残余应力。σ相，Fe2Ti，FeTi是不锈钢与钛合金扩散焊接时易形成的化合物，通过加入Ni，Cu等中间层可避免Fe与Ti元素的直接接触，通过形成脆性较小的Ni-Ti，Cu-Ti相来减少或抑制Fe-Ti化合物相，可以在一定程度上提高接头强度。Ag作为中间层可以得到韧性接头，但成本较高。 

　　二、电子束焊接 

　　电子束焊接的原理是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接。具有能量密度高，冷却速率快和可控性好的特点，能够控制熔池尺寸及两种金属的熔合比，是一种具有独特优势的异种材料焊接方法。但是无锡不锈钢与钛合金直接采用电子束焊接会因大量Fe-Ti化合物在焊区的生成而无法得到完好的接头。需要采用Cu及Cu-V复合中间层才能有效抑制脆性相的产生，并通过形成固溶体来提高焊接接头的强度和韧性。在此基础上，调整功率密度、束流及焊接速度来控制热输入量，改变偏移量以得到合适的热量分布，进一步提高焊接质量。 

　　三、激光焊接 

　　激光焊接是利用高强度的激光束辐射到金属表面，通过激光和金属的相互作用，使金属熔化，从而形成焊接。对于无锡不锈钢和钛合金的异种金属焊接而言，激光焊较电子束焊有更高的加热和冷却速率，采用偏束可得到具有一定强度的直接焊合接头，但强度偏低且质量波动大。采用Cu作为中间层可得与电子束焊接相似的焊接结果。