劉 陽(yáng)，張貴鋒，王士元

（西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 焊接研究所，西安710049）

鈦合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能優(yōu)異、高溫強(qiáng)度和低溫韌性良好[1]以及生物相容性好[2]等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、船舶制造、核工業(yè)以及石油化工等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[3]。隨著現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)的逐步發(fā)展，各行業(yè)對(duì)其所使用的材料都提出了更高的要求，在保證材料使用性能的條件下，如何使其兼具輕量化、耐腐蝕以及經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)成為了一項(xiàng)重要的課題。鈦合金的焊接性能和加工性能較差，加之價(jià)格昂貴，使其在國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用受到限制[4-6]。此外，由于鈦的彈性模量較低、抗蠕變性能差[7-8]，單一鈦合金在許多情況下很難滿足實(shí)際工況下對(duì)材料綜合性能的要求。不銹鋼是一種最常用的結(jié)構(gòu)材料，具有高強(qiáng)度、低成本、耐腐蝕性能好且低溫性能、加工性能和焊接性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。但不銹鋼的耐蝕性仍遠(yuǎn)不及鈦合金，且其密度也較大。因此，在某些工況下常需要將兩者連接起來(lái)使用，這樣其復(fù)合構(gòu)件便會(huì)同時(shí)具有鈦合金與不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，以充分發(fā)揮各自在使用性能和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。鈦合金與不銹鋼異種金屬焊接的研究在先進(jìn)制造業(yè)中的地位變得越來(lái)越重要，其在實(shí)際工程應(yīng)用中具有深遠(yuǎn)的意義和廣闊的前景。

1 鈦合金與不銹鋼的焊接性分析

由于鈦合金與不銹鋼理化性能的差異，目前這兩種材料在焊接方面存在很多技術(shù)難點(diǎn)。首先，鈦和不銹鋼在線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等物理性能上存在巨大的差異。這導(dǎo)致兩者在焊接加熱和冷卻過(guò)程中的變形能力不同，使得其在焊接接頭形成較大的殘余應(yīng)力，且該內(nèi)應(yīng)力很難清除[9]，大型結(jié)構(gòu)件往往需要再進(jìn)行一道退火工序[10]。鈦的化學(xué)活性強(qiáng)，在高溫下極易與氧、氮和氫元素發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生脆性化合物，使其塑、韌性降低。因此，為避免鈦在高溫下發(fā)生吸氣反應(yīng)，同時(shí)防止不銹鋼和焊縫的氧化，在焊接及退火時(shí)需處在真空下或外加氬氣保護(hù)。其次，鐵在鈦中的溶解度很小，在焊接高溫的作用下，鈦與鐵之間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的互擴(kuò)散，在較短時(shí)間內(nèi)便會(huì)使得鐵在鈦中過(guò)飽和，從而在焊縫后續(xù)冷卻過(guò)程中形成大量的脆硬金屬間化合物（TiFe、TiFe2、Ti2Fe）。此外，鈦合金與不銹鋼焊接時(shí)，焊縫中的鈦元素還易與不銹鋼基體中的碳、鉻、鎳形成 TiC、TiCr2、TiNi、TiNi2、TiNi3等多種金屬間化合物，使焊縫脆性增加，進(jìn)一步降低焊接接頭力學(xué)性能[11]。

因此，成功實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼的連接，獲得性能優(yōu)良的接頭，必須采取合適的焊接方法、焊接工藝，以降低接頭內(nèi)應(yīng)力并避免界面脆性相的形成。目前，用于鈦合金與不銹鋼異種金屬焊接的方法主要包括擴(kuò)散焊、激光焊、電子束焊、爆炸焊、釬焊和摩擦焊等[12]。

本研究將對(duì)國(guó)內(nèi)、外不銹鋼和鈦合金之間的異種金屬釬焊進(jìn)展進(jìn)行綜述，主要探討焊接過(guò)程中釬料組成和工藝制度對(duì)釬焊質(zhì)量的影響，以提高異種金屬釬焊焊接接頭的質(zhì)量。

2 國(guó)內(nèi)外釬焊研究現(xiàn)狀

釬焊是一種母材保持固態(tài)，通過(guò)熔化釬料來(lái)連接同種或異種材料的焊接方法。該方法可以避免鈦合金與不銹鋼焊接時(shí)存在的部分問(wèn)題。鈦合金與不銹鋼釬焊的關(guān)鍵問(wèn)題是釬料的選擇，所選釬料的熔點(diǎn)應(yīng)該處于鈦合金相變點(diǎn)以下，且應(yīng)盡量避免含有易與鈦形成脆硬金屬間化合物的元素。此外，工藝制度也是影響釬焊接頭最終強(qiáng)度的一項(xiàng)重要因素。

2.1 釬料成分

CHUNG T 等[13]采 用 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni、Ag-5Pd、BNi2、BNi7釬料釬焊 Ti-6Al-4V 和 304（SS），研究其接頭組織和界面潤(rùn)濕機(jī)理。潤(rùn)濕性試驗(yàn)結(jié)果表明：BNi7的潤(rùn)濕性最好，其次是BNi2，然后是 40Ti-20Zr-20Cu-20Ni 和 Ag-5Pd。釬料Ag-5Pd 會(huì)造成鈦基體腐蝕，潤(rùn)濕性最差。對(duì)于其微觀組織分析表明：含鎳越多的釬料對(duì)于Ti-6Al-4V 基體中β相的長(zhǎng)大抑制越明顯，那么在高溫釬焊時(shí)對(duì)于基體的損害就越少，接頭的力學(xué)性能就越好。

楊廣建[14]以 BAg72Cu、BNi2、BAl88SiMg 釬料為中間層，對(duì)TA3l 鈦合金和A304 不銹鋼進(jìn)行真空釬焊試驗(yàn)，并分析不同工藝參數(shù)下鈦合金與不銹鋼釬焊接頭的顯微組織形貌、元素?cái)U(kuò)散、接頭力學(xué)性能及斷口形貌。試驗(yàn)表明，以BAl88SiMg 為釬料的接頭，釬焊界面區(qū)冶金作用不夠充分，均存在較多的孔洞、間隙、疏松等不良缺陷，原因與鋁的固液收縮率較大，液態(tài)釬料降溫后體積發(fā)生收縮有關(guān)。BAg72Cu 銀基釬料釬焊TA31 鈦合金與A304 不銹鋼可以獲得組織致密的釬焊接頭，釬縫中心區(qū)主要為銀基固溶體，擴(kuò)散層生成 TiCu、TiCu2金屬問(wèn)化合物。隨著保溫時(shí)間的增加，釬縫的寬度和擴(kuò)散層厚度有所增加。釬縫中心區(qū)硬度值較低，向兩側(cè)硬度值逐漸變高，主要是由于TiCu、TiCu2金屬間化合物的生成。在釬焊溫度850℃下，保溫時(shí)間從10 min 延長(zhǎng)至 30 min，抗拉強(qiáng)度從 50 MPa 提高到110 MPa，斷口形貌為撕裂與韌窩并存的混合型斷裂。BNi-2 鎳基釬料能與兩側(cè)母材發(fā)生一定冶金結(jié)合，生成一定厚度的擴(kuò)散層，釬縫中心區(qū)生成大量TiFe、Ti2Fe 金屬間化合物。釬縫中心區(qū)硬度明顯高于兩側(cè)母材，顯微硬度從兩側(cè)母材向釬縫中心逐漸升高，這是由于釬縫中生成大量Ti-Fe 金屬間化合物所導(dǎo)致。在釬焊溫度1 050℃下，保溫時(shí)間從 10 min 延長(zhǎng)至 60 min，抗拉強(qiáng)度從32 MPa 提高到 60 MPa。斷口呈河流狀花樣，具有解理斷裂的特性，為典型的脆性斷裂。

WATANABE T 等[15]在大氣條件下，使用釬劑和銀基釬料釬焊鈦合金和不銹鋼。結(jié)果表明，在CuCl 和AgCl 釬劑中添加少量的LiF 后，在大氣條件下可增加潤(rùn)濕性使得接頭的性能大幅度提高。分別在 849.85℃（1 123 K）和 749.85℃（1 023 K）溫度下釬焊接頭，對(duì)比 BAg-1 和 Ag-30Zn 接頭的組織力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)使用Ag-30Zn性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BAg-1。隨后在Ag-30Zn 釬料中添加 2%、5%、10%、15%的 Cu，發(fā)現(xiàn)添加 Cu可提高接頭強(qiáng)度。當(dāng)Cu 添加量為5%時(shí)接頭拉伸強(qiáng)度最高，達(dá)到315 MPa；當(dāng)添加量超過(guò)10%時(shí)接頭強(qiáng)度下降。分析原因?yàn)楫?dāng)添加少量Cu時(shí)，可降低釬料厚度，當(dāng)添加Cu 含量為10%和15%時(shí)釬縫中出現(xiàn)了明顯偏析現(xiàn)象，Cu 和Ti 形成金屬間化合物會(huì)長(zhǎng)大使得力學(xué)性能降低。最后在釬料中添加 2%和5%的 Ni，當(dāng)添加 Cu 和 Ni量相同時(shí)，在相同的條件下焊接，添加Ni 的接頭拉伸強(qiáng)度只有220 MPa，可以看出添加Ni 對(duì)于接頭強(qiáng)度是不利的。通過(guò)EPMA 分析可知添加Ni 后更易形成金屬間化合物而打破原有釬料的連續(xù)性，使得接頭性能降低。

GAO Ying 等[16]研究低于 TB2（Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al）固溶溫度的釬料。由于 TB2 的固溶溫度為 700～800℃，故在 Ag-Cu 共晶合金的基礎(chǔ)上添加適量 Sn、Ti、Al 以降低釬料熔點(diǎn)。最終獲得了三種釬料Ag-28.26Cu-0.26Li、Ag-26.27Cu-1.71Ti、Ag-28.44Cu-9.58Sn，其熔點(diǎn)分別為793.3℃、799℃和 720.6℃。在焊接溫度為800℃，保溫時(shí)間分別為 5 min、10 min 和 15 min的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，釬焊接頭的強(qiáng)度先升高、后下降。三種釬料均在800℃，保溫10 min 時(shí)獲得最高的接頭強(qiáng)度，而使用 Ag-26.27Cu-1.71Ti 釬料焊接時(shí)，所獲接頭強(qiáng)度最高。

DONG Z H 等[17]采用了多種釬料（Ag-15Al-Mn-Si、Ag-10Al-Mn-Si、Ag-5Al-Mn-Si、Ag-8Al-6Sn、Ag-8Al-6Sn-1Ni）研究304不銹鋼和T42NG 的真空釬焊。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用前三種釬料焊接時(shí)釬縫中的鈦化合物較少，在釬料與不銹鋼的反應(yīng)層中Ti 含量很低，但兩側(cè)反應(yīng)層中Si 含量較高，且釬縫中所產(chǎn)生的金屬間化合物均含有 Al。釬料中 Mn、Si 易與不銹鋼中的Cr、Ni 發(fā)生反應(yīng)致使反應(yīng)層從基體上剝落。在使用后兩種釬料時(shí)發(fā)現(xiàn)，在釬料中加入適量的Ni可抑制在不銹鋼側(cè)形成反應(yīng)層，改變組織分布。

李慧芳[18]在45AgCuZn 釬料的基礎(chǔ)上研制出了一種含鎳釬料，并對(duì)釬料性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。試驗(yàn)利用差熱分析法測(cè)定了釬料的融化特性。結(jié)果表明，隨著Ni 含量的增加，釬料固液相溫度隨之線性增加。當(dāng)Ni 含量為3.0%～3.5%時(shí)釬料的固液相區(qū)間最小，融化區(qū)為 778.9～806.0℃。從釬料對(duì)TC4 鈦合金和304 不銹鋼潤(rùn)濕性試驗(yàn)結(jié)果分析表明，隨著Ni 含量的增加，釬料在鈦合金與不銹鋼基板上的潤(rùn)濕性呈正態(tài)曲線分布。當(dāng)Ni 含量為3.0%～4.0%時(shí)釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性能良好，而且Ni 含量為3.5%的釬料鋪展面積達(dá)到最大。通過(guò)SEM 和XRD 分析釬料微觀組織的結(jié)果表明，Ni 元素的介入細(xì)化了釬料組織，釬料呈現(xiàn)出細(xì)密的樹(shù)枝晶。釬料組分主要由 Ag、AgCu、AgZn、Cu3Zn、Cu5Zn8、Cu0.81Ni0.19和 Cu3.8Ni以及NiZn、Cu2NiZn 化合物組成。試驗(yàn)同時(shí)使用AgCuZnNi 釬料對(duì)TC4 和0Cr18Ni9 不銹鋼進(jìn)行了高頻感應(yīng)釬焊試驗(yàn)。接頭抗剪強(qiáng)度測(cè)定表明，釬料中Ni 含量與接頭剪切強(qiáng)度曲線呈拋物狀，當(dāng)Ni 含量達(dá)到3.5%時(shí)剪切強(qiáng)度達(dá)到峰值，其值為148.2 MPa。接頭的 XRD 以及斷口的 SEM 探查表明，Ni 元素的加入緩解了因鈦合金/不銹鋼線膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應(yīng)力，接頭斷口裂紋較少，多呈塑性斷裂。同時(shí)Ni 元素的加入阻止了Ti 向不銹鋼一側(cè)遷徙，避免了Ti-Fe 脆性金屬間化合物的產(chǎn)生。釬料層成分主要為NiTi、Ni4Ti3、Ti3Cu4、Ti2Cu、Cu0.81Ni0.19、Cu3.8Ni、NiZn 以 及Fe3Ni2等化合物。

LEE J G 等[19]研究了在鈦合金母材上磁控濺射40 μm 的 Ag 后，采用 BAg-8 釬料在 850℃下保溫10 min 后釬焊不銹鋼/鍍銀鈦合金接頭的組織和強(qiáng)度。研究結(jié)果表明：在不加入中間層Ag時(shí)，釬料熔化后大量Ti 溶解到其中，使得釬料與母材上下界面出現(xiàn)了大量的金屬間化合物，而焊縫的中間層為銀基固溶體。通過(guò)能譜分析可知，這些金屬間化合物均為Cu-Ti 和Fe-Ti 系金屬間化合物。接頭組織出現(xiàn)了分層，從上至下為Ti-Cu&Ti-Fe/AgS.S./Ti-Cu/Ti-rich[19]（如圖1所示），這對(duì)接頭性能造成了致命的危害。

圖1 不含有鍍層的接頭釬焊組織

在采用鈦合金表面鍍銀技術(shù)后，鍍層金屬可以完全阻止Ti 元素向液態(tài)釬料中溶解，避免Ti與Fe、Cu 形成金屬間化合物。但是鍍層金屬會(huì)與鈦合金在界面處形成Ti-Ag 金屬間化合物，厚度約為15 μm。釬焊接頭組織出現(xiàn)了分層，從上至下為 AgS.S./Ag/TiAg[19]（如圖2所示）。在使用表面鍍銀技術(shù)后，接頭拉伸強(qiáng)度可達(dá)410 MPa。但當(dāng)銀鍍層厚度下降到20 μm 時(shí)，釬縫組織中就會(huì)出現(xiàn)少量的Cu-Ti 金屬間化合物，接頭拉伸強(qiáng)度下降為250 MPa。

圖2 含有銀鍍層的釬焊接頭組織

馬馳原[20]研究中以Ag45CuZn 為釬料，采用真空釬焊的方法，通過(guò)在鈦合金與不銹鋼母材匹配面鍍Ni 層來(lái)研究Ni 層對(duì)基體匹配面性能以及接頭原子擴(kuò)散行為、微觀組織和力學(xué)性能的影響機(jī)制。試驗(yàn)結(jié)果分析表明：不銹鋼中的Fe 原子可以通過(guò)Ni 層的孔洞擴(kuò)散到Ni 膜表面，但無(wú)法穿越膜層致密的區(qū)域。Ni 層對(duì)Fe、Ti 等原子的阻礙程度存在差異，對(duì)Fe 原子的阻礙程度大于對(duì)Ti 原子的阻礙程度。當(dāng)Ni 層鍍?cè)诓讳P鋼一側(cè)時(shí)，導(dǎo)致穿過(guò)Ni 層擴(kuò)散到近不銹鋼反應(yīng)層、釬料層以及鈦合金側(cè)的Fe 原子濃度含量較低，因此在近不銹鋼反應(yīng)層與Ti 形成的Fe-Ti 脆性金屬間化合物的含量較低；當(dāng)Ni 層在鈦合金一側(cè)時(shí)，大量Fe 原子穿過(guò)釬料層擴(kuò)散到鈦合金側(cè)，與Ti 原子發(fā)生冶金反應(yīng)形成大量的脆性金屬間化合物。此外，Ni 層還會(huì)與鈦合金形成Ti-Ni 金屬間化合物。因此，在鈦合金側(cè)鍍Ni 會(huì)使得接頭綜合力學(xué)性能和組織嚴(yán)重惡化。使用在不銹鋼表面鍍Ni 并與鈦合金搭接的方式，所獲得的接頭剪切強(qiáng)度高于常規(guī)焊接方法。當(dāng)釬焊溫度為920℃，保溫時(shí)間為 20 min，Ni 層厚度為 3.49 μm 時(shí)，所獲得的接頭剪切強(qiáng)度最高，達(dá)到167 MPa。

SHIUE R K 等[21]同樣為了阻止不銹鋼和鈦合金焊縫中出現(xiàn)Fe-Ti 金屬間化合物而降低接頭強(qiáng)度，研究了不同種類鍍層和厚度在使用Ag-28Cu和Ag-35.25Cu-1.75Ti 釬料時(shí)的接頭組織和剪切強(qiáng)度。在不銹鋼的表面分別磁控濺射Ni 層，Cr層和Ni-Cr 復(fù)合層，通過(guò)潤(rùn)濕性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ag-28Cu 釬料在電鍍Ni-Cr 復(fù)合層的表面潤(rùn)濕角最小約為10°，Ag-35.25Cu-1.75Ti 釬料即便在很長(zhǎng)時(shí)間下也不能潤(rùn)濕Cr 層。在850℃保溫 180 s下焊接 TC4 和 17-4PH，發(fā)現(xiàn) 15 μm 厚的 Cr 層可以有效阻止Fe 元素向釬縫中擴(kuò)散，從而阻止Fe-Ti 金屬間化合物的形成，但在釬縫中會(huì)形成Cu（Ni）-Ti 金屬間化合物。該方法獲得的接頭強(qiáng)度可達(dá) 233 MPa。在使用 Ag-35.25Cu-1.75Ti 釬焊鍍Cr 不銹鋼和鈦合金時(shí)，接頭中也并未發(fā)現(xiàn)有Fe-Ti 金屬間化合物，接頭強(qiáng)度為 214 MPa。雖然在使用兩種釬料時(shí)都生成Cu（Ni）-Ti 金屬間化合物，但都避免了Fe-Ti 金屬間化合物的形成，接頭強(qiáng)度均達(dá)到210 MPa。這說(shuō)明Fe-Ti 金屬間化合物的形成對(duì)于接頭力學(xué)性能的影響大于Cu-Ti，且存在少量的Cu-Ti 金屬間化合物對(duì)于接頭的力學(xué)性能影響不大。

楊仲林[22]采用Cu-Ti-Ni-Zr-V 非晶箔帶釬料釬焊TC4 鈦合金和304 不銹鋼，獲得了無(wú)裂紋和氣孔的優(yōu)質(zhì)接頭。試驗(yàn)結(jié)果表明，該釬料與304 不銹鋼母材的互溶性較好。采用Cu43.75Ti37.5Ni6.25Zr6.25V6.25釬料所得釬焊接頭的剪切強(qiáng)度為105 MPa；采用Cu37.5Ti25Ni12.5-Zr12.5V12.5釬料所得釬焊接頭的剪切強(qiáng)度為116 MPa，且兩者均斷裂于釬縫釬料層中灰色相附近。事實(shí)證明，Cr-Ti、Fe-Ti、Cu-Fe-Ti、Fe-Ti-Zr 等金屬間化合物的生成是導(dǎo)致接頭斷裂的主要原因。

楊靜等人[23]制備了一種Ag95CuNiLi 釬料，評(píng)價(jià)了該釬料的熔化特性、在T42NG 鈦合金和0crl8Nil0Ti 不銹鋼上的潤(rùn)濕鋪展能力、填縫能力以及釬縫的強(qiáng)度。結(jié)果表明，該釬料的液相線溫度為9l8℃，對(duì)鈦合金具有較強(qiáng)的鋪展能力，但在不銹鋼上的鋪展性較差，釬料在鈦合金和不銹鋼異種金屬間的漫流距離大于l00 mm。焊后釬料與母材冶金結(jié)合良好，釬縫致密，在不銹鋼一側(cè)形成了三層金屬間化合物組織，在鈦合金一側(cè)形成了共晶組織。鈦合金/不銹鋼異種金屬的釬焊接頭在焊接溫度960℃、保溫10 min 條件下獲得的最大剪切強(qiáng)度為122 MPa。

2.2 工藝制度

YUE X 等[24]使用 Ag-26.7Cu-4.6Ti 釬料在 920～980℃的條件下進(jìn)行了TC4 鈦合金和304 不銹鋼的真空釬焊，研究焊接溫度對(duì)于釬縫組織和性能的影響。結(jié)果表明，在920℃焊接后接頭組織出現(xiàn)了明顯分層，組織結(jié)構(gòu)從左到右依次為1Cr18Ni9Ti/CuTi/Ag-rich+Cu4Ti/Cu4Ti/β-Ti/TC4[24]（如圖3所示）。在進(jìn)行剪切試驗(yàn)后釬焊接頭斷裂于富 Ag 相[24]（圖4中 B 區(qū)），剪切強(qiáng)度為 188 MPa。隨著釬焊溫度的升高，接頭組織出現(xiàn)了變化。在980℃時(shí)接頭組織為1Cr18Ni9Ti/Ag-rich/CuTi2/Ti-Cu-rich/β-Ti/TC4，剪切強(qiáng)度下降為 123 MPa?？梢钥闯?，隨著焊接溫度的升高，接頭中的富Ag相減少，脆性相 CuTi2、Ti-Cu-rich 和 β-Ti 增加且呈樹(shù)枝狀，使得接頭力學(xué)性能顯著下降。

圖3 920℃釬焊后的接頭組織

圖4 980℃釬焊后的接頭組織

劉士磊[25]選用非晶釬料Ti37.5Zr37.5Ni10Cu15代替晶態(tài)釬料，在保溫時(shí)間為10 min 的條件下，選取了 900℃、920℃、940℃和 960℃四個(gè)溫度參數(shù)進(jìn)行了TC4 鈦合金和不銹鋼真空釬焊試驗(yàn)，研究釬焊溫度對(duì)于焊縫組織和性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于釬料和304 不銹鋼母材側(cè)物理和化學(xué)冶金作用較差，導(dǎo)致其焊接結(jié)合度較低，并且接頭容易產(chǎn)生 TiFe、Ti2Fe、TiCr2 以及 Ti-Ni金屬間化合物，部分釬焊溫度下接頭甚至有裂紋產(chǎn)生，接頭的剪切強(qiáng)度較低。試驗(yàn)表明，通過(guò)改變釬焊溫度，能夠適當(dāng)增加接頭的剪切強(qiáng)度。當(dāng)釬焊溫度為940℃時(shí)，焊縫中元素的擴(kuò)散較為充分，金屬間化合物總量相對(duì)較少，接頭連接質(zhì)量較高，剪切強(qiáng)度在此時(shí)達(dá)到最高值122.14 MPa。在硬度測(cè)試中，焊接溫度為940℃時(shí)釬焊接頭的整體硬度最低，表明焊縫中的金屬間化合物在此溫度下產(chǎn)生的量最少。釬焊溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使釬縫中的金屬間化合物增多，造成接頭部分區(qū)域硬度升高。

TASHI R S 等[26]在不使用活性元素的情況下對(duì)TC4 鈦合金和304 不銹鋼進(jìn)行了釬焊，研究其潤(rùn)濕性和溫度對(duì)于接頭組織的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AgCuZn 釬料在短時(shí)間內(nèi)的潤(rùn)濕性較差，但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，在大于300 s 時(shí)潤(rùn)濕性變好。在接頭中發(fā)現(xiàn)了Fe-Cu-Ti 化合物、脆性相Cu2Ti 和FeTi，且隨著焊接溫度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，脆性相數(shù)量會(huì)逐漸增多進(jìn)而導(dǎo)致接頭性能變差。當(dāng)焊接溫度 800℃，保溫 5 min 時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度為85 MPa；溫度增加到860℃，保溫時(shí)間延長(zhǎng)至10 min 時(shí)，接頭剪切強(qiáng)度為45 MPa?？梢钥闯?，金屬間化合物對(duì)接頭力學(xué)性能的嚴(yán)重影響，因此如何控制金屬間化合物的含量及其分布成為釬焊鈦合金的關(guān)鍵。

祁凱等人[27]采用（Ag72Cu28）Ti3 釬料對(duì)TC4鈦合金和1Cr18Ni9Ti 不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊，觀察分析了其在釬焊溫度為790～870℃，保溫時(shí)間為1 min 和3 min 時(shí)釬縫界面微觀組織的組成和成分分布。研究結(jié)果表明，不同的釬焊溫度對(duì)焊縫組織有較大的影響。釬焊溫度過(guò)低會(huì)使釬料母材作用不充分，不能形成良好的釬焊接頭；釬焊溫度過(guò)高則會(huì)引起TC4 母材向釬縫溶解，形成脆性化合物，使釬縫脆性增加，提高形成裂紋的幾率。增加保溫時(shí)間，母材和釬料的作用充分，釬料與母材相互擴(kuò)散、溶解，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致界面金屬間化合物的量增加，增加使接頭脆性。焊縫寬度隨溫度的升高而減薄，隨保溫時(shí)間的增加而增厚；擴(kuò)散層厚度隨保溫時(shí)間的增加而增加。在焊接溫度790℃，保溫3 min 時(shí)能得到較好的焊縫組織，界面無(wú)裂紋和大塊金屬間化合物出現(xiàn)。

張匯文[28]使用（Ag72-Cu28）-Ti1.8 釬料對(duì) TC4鈦合金和1Cr18Ni9Ti 不銹鋼進(jìn)行了真空釬焊，并對(duì)釬焊接頭進(jìn)行了定量和定性的分析。結(jié)果表明：采用 Ag-Cu-Ti 釬料釬焊時(shí)，在界面處有 β 相、Ag 基固溶體、Ti-Cu 金屬間化合物等反應(yīng)產(chǎn)物生成。焊接溫度較低（920℃）時(shí)，界面結(jié)構(gòu)依次為1Cr18Ni9Ti/TiCu/Ag 基固溶體+少量Ti2Cu/Ti2Cu/Ti2Cu+β 相/TC4；焊接溫度升高（960℃）時(shí)，界面結(jié)構(gòu)為 1Cr18Ni9Ti/Ti2Cu/Ti2Cu+Ag 基固溶體/Ti2Cu/ Ti2Cu+β相/TC4；焊接溫度較高（1000℃）時(shí)，界面結(jié)構(gòu)為1Cr18Ni9Ti/TiCu2/TiCu/Ti2Cu/Ti2Cu+β相/TC4。隨著釬焊溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，Ag 基固溶體組織逐漸減少，脆性金屬間化合物逐漸增加，引起接頭塑性變差，從而導(dǎo)致接頭的整體力學(xué)性能變差。釬焊接頭剪切性能測(cè)試結(jié)果顯示，在所選參數(shù)范圍內(nèi)，當(dāng)釬焊溫度為 920℃，保溫 5 min 時(shí)，接頭的強(qiáng)度最高，達(dá)到172 MPa。

薛忠明等[29]采用Ag-26Cu-4Ti 釬料進(jìn)行了TC4鈦合金與1Cr18Ni9Ti 不銹鋼薄壁小直徑管路結(jié)構(gòu)的真空高頻感應(yīng)釬焊工藝試驗(yàn)研究，分析了釬焊工藝對(duì)鈦合金與不銹鋼管路真空高頻感應(yīng)釬焊接頭質(zhì)量與性能的影響因素。研究表明，通過(guò)應(yīng)用試驗(yàn)獲得的最佳工藝參數(shù)（56V-10.8A-23s）能夠獲得內(nèi)外部質(zhì)量、密封性能和力學(xué)性能優(yōu)良的接頭。接頭形式是影響鈦合金與不銹鋼高頻感應(yīng)釬焊接頭質(zhì)量與性能的最主要因素，不銹鋼作為外套管形式的釬焊接頭性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈦合金作為外套管形式的接頭性能。此外，裝配間隙和搭接長(zhǎng)度也會(huì)明顯影響接頭的承載能力。隨著裝配間隙的增大，接頭承載能力將大大降低。在試驗(yàn)中，裝配間隙為0.03 mm，搭接長(zhǎng)度為4 mm 時(shí)能夠獲得性能最佳的釬焊接頭，其平均剪切強(qiáng)度可達(dá)172 MPa。從微觀組織和接頭區(qū)域的成分分析上看，鈦合金與不銹鋼母材均與Ag-Cu-Ti 釬料發(fā)生了良好的反應(yīng)，并且釬料層與鈦合金、不銹鋼母材之間沒(méi)有形成金屬間化合物層，因而大大提高了鈦合金與不銹鋼薄壁小直徑管路結(jié)構(gòu)高頻感應(yīng)釬焊接頭的性能。

王國(guó)建等[30]使用Ag-28Cu-6Ti 釬料對(duì)TC4 鈦合金與1Crl8Ni9Ti 不銹鋼的真空釬焊工藝進(jìn)行了研究，分析了不同工藝參數(shù)條件下接頭的界面組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，在焊接溫度930℃，保溫20 min 的條件下，接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值154.41 MPa。隨著釬焊溫度升高，脆性相會(huì)逐漸增加，且分布也比較集中；隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，脆性金屬間化合物也會(huì)逐漸增多，降低接頭抗剪切能力。同時(shí)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)所有工藝條件下得到的接頭組織都表明，TC4 與釬料的界面是脆性金屬間化合物生成最多的區(qū)域，并且分布較為集中，是裂紋的高發(fā)區(qū)。

3 結(jié)論與展望

總體上，鈦合金與不銹鋼的連接由于異種金屬之間理化性能的差異，采用常規(guī)焊接方法容易在界面形成大量的脆性金屬間化合物，并產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，嚴(yán)重影響焊接接頭質(zhì)量。而采用釬焊可以提高鈦合金與不銹鋼釬焊接頭的精度、質(zhì)量及焊接效率，但即便在合適的釬焊工藝條件下，依然存在接頭強(qiáng)度低、高溫及大負(fù)載條件下接頭性能不穩(wěn)定等很多問(wèn)題，分析主要原因?yàn)榻饘匍g化合物的產(chǎn)生。因此，主要解決途徑應(yīng)該是從釬料設(shè)計(jì)出發(fā)，輔助釬焊工藝和設(shè)備的改進(jìn)，根據(jù)不同的應(yīng)用工況，設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)成分的釬料。另外，目前不同的釬焊方法在鈦合金與不銹鋼的連接方面也體現(xiàn)了不同的應(yīng)用前景。因此，關(guān)于鈦合金與不銹鋼釬焊連接技術(shù)的研究還有待深入發(fā)掘。