江苏激光联盟导读：

本文对不同材料焊接钛合金的现状进行了总结；讨论钛及其合金同钢、铝合金、镁合金、镍基合金等的焊接，介绍用来提高焊接接头强度的改性技术以及异种材料的焊接的进展，对显微组织、机械性能和断裂特征等也进行了综述。?

1.1?钛-铌接头
最近仅在少数报告中讨论了铌(Nb)金属的激光焊接。近年来，该研究在粒子加速器的高性能结构中得到了最新的应用。铌被认为是一种具有超导特性的耐火材料。在Ti-Nb相图中，Nb是非反应性的，不会形成IMC化合物(图21(d))。Torkamany等人通过使用高速成像直接观察激光，研究了Ti-6Al-4V和铌的不同焊接的小孔和传导特性。由于材料的导热率不同，Ti(6.7W/mK)维持激光能量的时间更长，而Nb(53.7W/mK)将能量耗散到大体积金属的速度非常快，如单点激光脉冲的顶部和横截面图(图21(b，c))。在其他工作中，Torkamany等人确定了脉冲Nd的最佳参数(功率：1.5kW，脉冲持续时间：3ms)；Ti-6A-4V(0.85mm)与Nb(1mm)板的YAG激光焊接。断裂发生在Nb侧，同时表现出相当于BM的UTS，为269MPa。在FZ中，平均硬度从较硬的Ti下降到较软的Nb(图21(d))。据报道，Nb不与合金元素Al和V发生反应。作者建议激光能量更多地指向Nb侧以获得更均匀的穿透。这些报告表明，Nb是避免接头中IMC形成的理想候选物，并且可以有效地作为中间层。▲图21?(a)激光脉冲能量为9J，持续时间为6ms时获得的Ti-Nb不同焊缝横截面。单个脉冲光斑对(b)Ti和(c)Nb上光斑强度及其相应的穿透深度的影响。(d)Ti-Nb的二元相图表示不存在任何IMC和(e)焊缝硬度的变化。
1.2?钛与其他材料的焊接
研究钛合金与聚合物、铅和铜的激光焊接的尝试很少。最近，一种新型的激光冲击点焊(LISW)被用于焊接纯钛和铜薄板，而不会熔化组成材料。两块板在低温、高冲击速度和大角度条件下通过固态焊接机制(图22(a))连接。预变形的飞行板用粘合剂连接到底座(Cu)板上。Nd：脉冲能量为1800J/mm，脉冲宽度为8μm的YAG激光器在转移到透明约束层时撞击了驼峰。此后，激光束撞击驼峰上的烧蚀吸收层并使材料瞬间蒸发。随着温度的升高，等离子体形成，然后吸收入射的激光能量，在受限的透明层中迅速膨胀，从而产生高表面压力。结果，产生了冲击波，冲击波在驼峰中传播，由于在巨大冲击压力下的塑性剪切变形而变形并产生固态结合(图22(b))。但是由于激光高斯能量在中间较高，所以在凸起的中心出现了更大的冲击。由于冲击压力导致的块状物在0°时接触基板，但随着碰撞的径向扩散，碰撞角度上升并形成波状结构，如图22(d)所示。因此，随着角度的增加，由于冲击压力的释放，点焊完成时会产生一定的回弹(图22(e))。他们报告说，由于焊缝接触区域的增大，发现搭接剪切强度随着脉冲能量的增加而增强。Zhao等人对T2-Cu和TA18-Ti进行了直接激光偏移熔焊。通过在朝向铜侧0.45mm的偏移距离处获得151MPa的UTS，报告了61%的接头效率。WZ含有Cu固溶体和25μm的脆性IMC层，其中含有TiCu、TiCu2、Ti2Cu和Ti3Cu4，且失效以准裂解模式发生。Zhao等人使用Nd:YAG激光器报道称，Ti/Pb接头的焊接区由上部的FZ和下部的钎焊区组成，如图22(i)所示。FZ由共析分解和包晶反应形成的Ti4PbIMC组成。由于Ti在液态Pb中的溶解度间隙，FZ中的Ti元素无法迁移到Pb区。▲图22?(a)激光冲击点焊(LISW)的实验原理(b)在不同激光脉冲能量下产生的Ti/Cu接头横截面的光学显微图：(b)565mJ、(c)1550mJ。激光冲击点焊接头形成过程示意图；(d)在LISW之前；(e)驼峰高速凸起与底板碰撞；(f)驼峰首先在0°时接触底板；(g)焊接阶段；(h)形成波形结构。(i)Ti-6Al-4V-Pb不同接头焊缝中不同区域的化学成分。

Chen等人研究了CP-Ti与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的LTW，并根据ImageJ分析软件确定的接触面对接头强度进行了量化。获得了3.2MPa的最大剪切强度。LTW可防止与粘合剂相关的风险，如过滤可提取产品、长期稳定性和较慢的加工。通过塑料传输的激光能量加热下面的金属，然后加热塑料的接触表面，使其分解。加热的塑料表面的热分解在塑料-金属界面产生固相线、液相线和气态产物。气态产物形成气泡，这些气泡的膨胀会产生很高的局部压力，迫使熔融的塑性液体产物到达金属表面。重新凝固后，塑料和金属界面之间形成了稳定键形式的机械联锁、化学反应和范德华相互作用。例如，需要注意的是，激光功率、扫描速度、材料透射率、夹紧压力和界面处的吸收特性是必不可少的参数。

文章来源：《机械研究与应用》 网址: http://www.jxyjyyy.cn/zonghexinwen/2021/1208/1795.html

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