钛及其合金焊接方法及研究现状

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1、油井管用钛•钢真空扩散焊工艺研究高福洋，熊进辉，晏阳阳，梅文佳(洛阳船舶材料研究所，河南洛阳471000)摘要：釆用真空扩散焊焊接了TA2纯钛和14MnMoVN油井管钻头用钢。通过金相显微镜分析了接头的微观组织特点，通过拉伸强度试验表征了接头的力学性能。结果表明，在接头处形成微观组织过渡的扩散层，过渡层主要为TiFc金属间化合物。参数优化后接头的拉伸强度约为182MPao关键词：真空扩散焊；纯钛；不锈钢；拉伸强度Researchofvacuumdiffusionbondingtitaniumandsteelinoi

2、lwellpipeGaoFuyang,XiongJinhui,YanYangyang,MeiWenjia,(LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang471000,China)Abstract：TA2and14MnMoVNstainlesssteelwerevacuumdiffusionbonded.ThemicrostructureofthejointwasinvestigatedusingOMandSEM・Themechanicalpropertiesofthejo

3、intwerecharacterizedbythetensilestrengthtest,test・Itwasfoundthatatransitionmicrostructurewasformedinthejoint,whichconsistedofTiFeintermetallics・Theaveragetensilestrengthofthejointswasabout182MPa.Keywords:Vacuumdiffusionbonding；Puretitanium；stainlesssteel；Tensi

4、lestrength0前言冃前，在我国石油开采行业大量使用的油井管钛合金钻杆与钢制钻头的连接主要采用钏接形式，这样的连接方式不但额外增加系统重量，而且接头疲劳性能差，使用寿命短，而国外先进国家的油井管已经大量使用可靠性高的方法连接钛合金钻杆与钢制钻头，接头服役寿命显著提高。因此，国内急需解决油井管钛合金钻杆与钢制钻头的有效、可靠连接问题。除机械连接外，现有的钛/钢异种金属连接技术主要包括熔化焊、爆炸焊、摩擦焊、钎焊和扩散焊[l-4]o由Ti/Fe相图可知，Ti与Fe在室温生成一系列的脆性金属间化合物，基本不互溶，因

5、此Ti与Fe的熔化焊和摩擦焊很难实施。爆炸焊可实现钛合金与钢的连接，但接头连接强度较低，不适合油井管钛合金钻杆与钢制钻头的连接。普通钎焊也可实现钛合金与钢的连接，但对接头装配间隙要求较高，接头残余应力较大。扩散焊实施方便，接头装配容易，如施加一定的中间层材料可有效解决接头残余热应力人的问题[5],是适合油井管饮合金钻杆与钢制钻头的有效、可靠连接方法。本项日以油井管钛合金钻杆与钢制钻头的连接问题为背景，研究钛/钢异种金属真空扩散焊工艺，为实现油井管钛合金钻杆与钢制钻头的有效、可靠连接奠定技术基础。1试验材料与方法（

6、1）试验材料被焊材料采用TA2纯钛和低碳钢14MnMoVN,化学成分如表1所示。表1被焊材料的化学成分（、vt.%）Table1Mainchemicalcompositionofweldedmateral(wt・%)NAMETiFeSiFeMnVCNTA2Bal.--0.3-■0.080.0514MnMoVN■Bal.0.3■1.410」30」40.015TA2纯钛和低碳钢14MnMoVN主要室温力学性能参数如表2所示。表2被焊材料室温力学性能Table2Mechanicalpropertiesofweldedni

7、atcralsNAME抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）热膨胀系数（10®C"）TA240010510.214MnMoVN65021011.7（2）试验设备真空扩散焊工艺试验设备为ZC-ZK/YL40型多功能真空扩散焊系统，如图1所示。其主要技术指标如下所述，形式：单室，立式，水平进出料；快速降温速率：保证设备能够在180min内由900°C降至200°C；冷却气体种类：氟气（纯度＞99.99%）；冷却方式：负压充气快速冷却，真空冷却。图1ZC-ZK/YL40型多功能宾空扩散焊系统Fig.lVacuumdiffu

8、sionbondingmachineintest(3)扩散焊工艺被焊材料待焊面采用化学+机械的方法进行处理，除去表面杂物，使待焊面达到光滑平整，表面粗糙度可达1.6pm,然后用丙酮清洗风干后备用。对于钛合金，扩散焊温度应该低于相变温度，且温度愈低，对钛合金性能影响愈小。本研究选用的连接温度为850和900°C,保温时间30、60和90分钟,连接压力5〜7MP