TC4（Ti-6Al-4V）為一種α＋β鈦合金，具備比強度高、耐蝕性好、高溫性能優(yōu)異等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于制造航空結(jié)構(gòu)件和航空發(fā)動機的風(fēng)扇、鼓筒等[1]，是目前鈦合金材料中應(yīng)用范圍最廣、使用量最大、研究最為深入、技術(shù)成熟度最好的鈦合金之一[2-4]。TC4鈦合金被用來制造航空飛行器瓦楞夾層結(jié)構(gòu)排氣管時，需要考慮瓦楞夾層格柵與面板的搭接連接。

真空釬焊作為一種關(guān)鍵的連接技術(shù)，具有精度高、變形小、避免高溫情況下N₂、H₂、O₂等氣體對鈦合金本體及釬焊界面組織性能的影響，尤其適用于精密薄壁零件的連接[5-9]，是鈦合金瓦楞夾層結(jié)構(gòu)的主要連接方法[10]。

鄧云華等[11]采用TiZrCuNi釬料實現(xiàn)了TC4鈦合金仿蓮房特征芯體與面板界面焊合率良好、界面顯微組織均勻的真空釬焊。商磊等[12]采用Ti-Zr-Ni-Cu釬料，在釬焊溫度為930℃，保溫時間為30min條件下對TC4鈦合金蜂窩板進行釬焊，面板與蜂窩芯釬焊效果良好，未出現(xiàn)脫焊、虛焊等現(xiàn)象。靜永娟等[13]采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni釬料對TC4鈦合金進行了釬焊，釬焊后的室溫抗拉強度可達1007.6MPa。盡管已有不少學(xué)者開展了TC4鈦合金TiZrCuNi系釬料的對接真空釬焊研究，而瓦楞夾層格柵結(jié)構(gòu)不僅涉及對接釬焊，部分還涉及搭接釬焊，因此需要進一步對TC4鈦合金TiZrCuNi系釬料的真空搭接釬焊接頭組織與力學(xué)性能進行研究。本文采用Ｂ-Ti57CuZrNi釬料，對TC4鈦合金板材以搭接方式進行了真空釬焊，并研究了釬焊工藝參數(shù)對接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響，優(yōu)化真空釬焊工藝參數(shù)，為后續(xù)獲得組織性能優(yōu)良的TC4鈦合金瓦楞夾層格柵夾層結(jié)構(gòu)提供重要的參考和實際應(yīng)用價值。

1、試驗材料和方法

試驗采用的搭接釬焊基體為0.8mm厚TC4鈦合金板材，其β相變點溫度為980℃。釬焊釬料為Ｂ-Ti57CuZrNi箔材，其化學(xué)成分如表1所示。

采用Ｂ-Ti57CuZrNi釬料以搭接方式對TC4鈦合金板材進行焊接，釬焊溫度為910～970℃，保溫時間為15～60min。搭接釬焊后的試板和加工好的力學(xué)性能測試試樣如圖1所示。室溫力學(xué)性能測試在ＭＴＳ-ＳＡＮＳＣＭＴ500拉伸試驗機上進行，高溫力學(xué)性能測試在ＨＹ-3080型高溫拉伸試驗機上進行。采用ＴＧ3000型光學(xué)顯微鏡對釬焊接頭微觀組織進行觀察與分析。

2、試驗結(jié)果與分析

2.1　焊接接頭組織

當(dāng)釬焊溫度為970℃時，不同釬焊時間下Ｂ-Ti57CuZrNi釬料搭接釬焊TC4鈦合金試板焊接接頭的顯微組織如圖2所示。由于Ｂ-Ti57CuZrNi釬料的熔點為889℃，板材釬焊溫度為970℃，故釬焊接頭的微觀組織主要由Ｂ-Ti57CuZrNi釬料凝固組織及擴散過渡層（針狀組織）組成。此外，釬焊保溫時間對凝固組織和針狀組織層具有明顯影響。當(dāng)釬焊時間為15min時，由圖2可明顯觀察到焊縫中白亮凝固組織和向焊縫內(nèi)部生長的深灰色針狀相（β相），焊縫寬度約為150μm。延長焊接時間至30min時，凝固組織寬度降低，而針狀組織層寬度增加。當(dāng)焊接時間為45min和60min時，已基本觀察不到凝固組織，焊接接頭組織全部由針狀組織層構(gòu)成。故隨焊接時間增加，焊縫凝固組織寬度降低，焊縫寬度和針狀組織層寬度均增加。

當(dāng)釬焊時間為30min時，不同釬焊溫度下Ｂ-Ti57CuZrNi釬料搭接釬焊TC4鈦合金試板焊接接頭的顯微組織如圖3所示。結(jié)合圖2（ｂ）可以看出，釬焊溫度對焊接接頭的顯微組織具有顯著影響。當(dāng)釬焊溫度為910℃時，焊接接頭的組織基本上由Ｂ-Ti57CuZrNi釬料凝固組織組成，焊縫寬度約為100μm。

升高焊接溫度為930℃時，焊縫寬度增加至約為180μm，焊縫中出現(xiàn)明顯的針狀組織層。當(dāng)釬焊溫度為970℃時，凝固組織變少，針狀組織層增加，寬度約為200μm。

故隨焊接溫度增加，焊縫和針狀組織層寬度增加，凝固組織減少。

2.2　釬焊工藝參數(shù)對焊接接頭力學(xué)性能的影響

圖4為不同釬焊溫度和釬焊時間下Ｂ-Ti57CuZrNi釬料搭接釬焊TC4鈦合金試板焊接接頭的室溫和400℃高溫拉伸性能，可以看出，對于室溫拉伸性能而言（見圖4（ａ）），過低的釬焊溫度會導(dǎo)致焊接接頭的室溫拉伸性能降低，如910℃時的最大斷裂力僅為5.1～5.5ｋＮ，遠低于其它釬焊溫度，因而搭接釬焊溫度應(yīng)高于910℃。對于400℃高溫拉伸性能而言（見圖4（ｂ）），釬焊溫度過高會導(dǎo)致焊接接頭的高溫拉伸性能顯著降低，如970℃時的最大斷裂力低于5.8ｋＮ，遠低于其它釬焊溫度，因而搭接釬焊溫度應(yīng)低于970℃。另外，隨焊接時間增加，焊接接頭的室溫拉伸最大斷裂力先緩慢增加，當(dāng)焊接時間超過45min后，室溫拉伸最大斷裂力明顯下降，因而搭接釬焊時間應(yīng)不超過45min。故從釬焊接頭力學(xué)能來考慮，釬焊工藝參數(shù)應(yīng)取釬焊溫度930～950℃、釬焊時間不超過45min為宜。

3、結(jié)論

1）TC4鈦合金釬焊接頭的微觀組織主要由Ｂ-Ti57CuZrNi釬料凝固組織及擴散過渡層的針狀組織組成。

2）隨焊接溫度升高，焊縫和針狀組織層寬度增加，凝固組織減少。隨焊接時間增加，焊縫凝固組織寬度降低，焊縫寬度和針狀組織層寬度均增加。

3）釬焊溫度低于930℃時會導(dǎo)致室溫拉伸性能降低，910℃時的最大斷裂力僅為5.1～5.5ｋＮ。釬焊時間高于45min時會導(dǎo)致室溫拉伸性能降低。

4）從釬焊接頭力學(xué)能來考慮，釬焊工藝參數(shù)取釬焊溫度930～950℃、釬焊時間不超過45min為宜。

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