1 物理性能差異的影響
鈦合金與不銹鋼二者在物理性能方面存在以下幾點差異：首先，鈦合金的主要成分鈦和不銹鋼的主要成分鐵都屬于高熔點材料，如果采用熔化焊接的方法進(jìn)行二者的連接則加熱溫度很高，在焊接加熱和冷卻的過程中會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力。并且鈦合金的熔點比不銹鋼高，在焊接過程中熔點低的材料達(dá)到熔化狀態(tài)時，熔點高的材料仍呈固體狀態(tài)，這時已經(jīng)熔化的材料容易滲入過熱區(qū)的晶界，會造成低熔點材料的流失、合金元素?zé)龘p或蒸發(fā)，使焊接接頭難以焊合；其次，鈦合金的線膨脹系數(shù)大約是不銹鋼的2倍，而線膨脹系數(shù)不同的異種材料的焊縫，結(jié)晶時就會產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，會導(dǎo)致產(chǎn)生很大的焊接變形。由于焊縫兩側(cè)材料承受的應(yīng)力狀態(tài)不同，容易導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。以18-8不銹鋼和TA15鈦合金為例，表1給出了兩者之間的物理性能差異。
2 化學(xué)性能差異的影響
不銹鋼中主要合金元素是鐵，不銹鋼與鈦易形成金屬間化合物TiFe和TiFe2，不銹鋼中的碳、鉻、鎳等其它元素在較高溫度下也可與鈦形成TiNi5、TiNi2、TiCr2等多元復(fù)合脆性金屬間化合物，使焊縫進(jìn)一步脆化，進(jìn)一步降低接頭性能。鈦在溫度為1155K時發(fā)生相變，高溫時以體心立方晶格β-Ti型式存在，溫度較低時為密排立方晶格的α-Ti。鐵在α-Ti中的固溶度很?。ㄒ妶D1），室溫下僅為0.05%~0.1%，在共析溫度下不超過0.5%。鐵是β-Ti穩(wěn)定元素，在β-Ti中的固溶度比在α-Ti中的大，在共晶溫度1355K時，鐵在β-Ti中的固溶度達(dá)到zui大值25%。在β-Ti中固溶了鐵之后，可以使其相變點溫度降低，當(dāng)β-Ti中鐵含量達(dá)到一定值時，β-Ti將會被保留至室溫，隨著β-Ti中鐵含量的進(jìn)一步增高，在冷卻過程中，將會造成鐵在鈦中的過飽和，進(jìn)而超過其在鈦中的固溶度而形成金屬間化合物。同時鈦是強碳化物形成元素，易與鋼中的碳元素形成脆性的TiC，導(dǎo)致焊縫脆性增大，容易產(chǎn)生裂紋。
鈦具有較強的吸收氣體的特性，在高溫下對氧、氮、氫有較高的化學(xué)親和力，易形成脆性化合物，使強度顯著提高，而塑性和韌性急劇下降，顯著地增加脆性斷裂傾向及裂紋形成。氧化產(chǎn)物也會顯著降低焊縫金屬的強度和塑性。鈦和不銹鋼在高溫下易氧化，從而降低接頭質(zhì)量。高溫下鈦易于與空氣中的氫、氧和氮發(fā)生反應(yīng)。鈦在250℃以上開始吸收氫，在400℃以上開始吸收氧，從600℃開始吸收氮。焊接材料的氧化會使得焊接區(qū)被這些氣體污染而脆化，甚至產(chǎn)生氣孔。
在進(jìn)行鈦合金與不銹鋼的連接時,解決上述問題的關(guān)鍵在于通過控制和調(diào)節(jié)界面處的元素擴散，對界面處脆性相的種類、數(shù)量、分布形態(tài)進(jìn)行研究和改善，以提高接頭的塑性和韌性。同時需要選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒昂附庸に噮?shù)，減小焊接應(yīng)力，從而實現(xiàn)二者高質(zhì)量的連接，獲得性能優(yōu)良的連接接頭。
