nitinbtc4激光微焊接裂纹形成机理与控制方法研究

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1、学校代码10406分类号TG456.7密级学号120080503050硕士学位论文题目NiTiNb/TC4激光微焊接裂纹形成机理与控制方法研究作者陆巍巍学科、专业材料加工工程指导教师陈玉华申请学位日期2015年6月学校代码：10406分类号：TG456.7学号：120080503050南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）NiTiNb/TC4激光微焊接裂纹形成机理与控制方法研究硕士研究生：陆巍巍导师：陈玉华教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学Studyonth

2、eCrackFormationMechanismandControlMethodsofLaserMicro-weldedJointsofNiTiNbandTC4DissimilarAlloysADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialProcessingEngineeringByLuWeiweiUndertheSupervisionofProf.ChenYuhuaSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongU

3、niversity,Nanchang,ChinaJun,2015摘要NiTiNb形状记忆合金与TC4钛合金在航空、航天、汽车、生物医用材料等领域具有广阔的应用前景，但是NiTiNb同种材料以及NiTiNb/TC4异种材料焊接时，接头极易产生裂纹，严重制约了NiTiNb及其与TC4钛合金异种材料焊接结构的应用。论文对NiTiNb同种材料、以及NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接时焊接裂纹敏感性、裂纹产生的原因、形成机理以及控制裂纹的措施进行了研究，得到如下主要结果：热轧态NiTiNb同种材料激光对接焊接时，表面杂质的存在是形成焊接裂纹的主要原因

4、，通过去除表面杂质可控制焊接裂纹，获得成形良好的焊接接头。在此基础上，研究了焊接工艺对焊接接头性能的影响规律，并采用正交优化方法对焊接工艺进行了优化。当激光焊接平均功率为16.8W、脉宽为4.5ms、频率为4.5Hz时焊接接头的最大抗拉强度为880MPa，达到母材抗拉强度的95%。焊后对接头进行500℃真空退火后焊接接头的形状记忆性能达到母材的88%。NiTiNb/TC4异种材料激光焊时，焊接接头的裂纹敏感性很强，在焊缝刚好焊透的较小激光功率时，焊缝就出现了裂纹，通过改变激光工艺参数无法消除接头裂纹。当激光光斑偏向TC4一侧时，裂纹数量明显减少

5、。横向裂纹源为熔合线附近的Ti2Ni相。Ti2Ni、NbNi3、TiNi三种化合物中，Ti2Ni的生成焓最小，吉布斯自由能最小，在焊接中不可避免。纵向裂纹是由于低熔点共晶在晶界富集产生液态薄膜，在较低的焊接应力作用下产生的结晶裂纹。通过添加Ni、Ti、Nb等填充材料可在不同程度上抑制NiTiNb/TC4异种材料激光微焊接时裂纹的形成。对于NiTiNb/TC4异种材料搭接接头，当TC4置于上部、中间预置50μm、100μm厚Ni片时，裂纹敏感性较大，而当NiTiNb置于上部时、中间预置50μm厚Ni片时焊缝中无裂纹，但是与下部母材搭接处存在脆性T

6、i2Ni相。对于NiTiNb/TC4异种材料对接接头，填入直径Φ300μm的纯Ni丝后，在TC4熔合线附近存在裂纹，在TC4一侧存在20μm宽的Ti2Ni相区，而NiTiNb一侧结合良好，接头最大抗拉强度为322MPa；填入直径Φ300μm的纯Ti丝后，焊缝表面存在微裂纹，在NiTiNb一侧存在10μm宽的Ti2Ni相区，接头最大抗拉强度为447MPa；填入直径Φ300μm的纯Nb丝后，焊缝成型良好、接头无裂纹等缺陷，接头最大抗拉强度为740MPa，达到了退火态TC4母材强度的82%。关键词：激光微焊接;NiTiNb/TC4钛合金异种材料;焊接

7、裂纹;组织;性能IAbstractNiTiNbshapememoryalloyandTC4titaniumalloyhaveabroadapplicationprospectinaviation,aerospace,automotive,biomedicalmaterials,andotherfields,butwhenNiTiNbsamematerialandNiTiNb/TC4dissimilarmaterialsarewelded,thejointsareeasytocrack.ItrestrictstheapplicationofNiT

8、iNbandthedissimilarmaterialsweldedstructureswithTC4titaniumalloyseverely.Th