2.2.2电子束焊
电子束焊在焊接异种金属时比电弧焊更具优势。例如,高能量密度使电子束焊具有高的加热和冷却速度,能够克服由于两种金属熔化温度差别较大而产生的焊接问题,而低的热输入则可以缓解异种金属焊接时产生的焊接应力。然而,采用真空电子束焊方法直接焊接钛和钢依然不能克服接头脆断问题[31-32]。李标峰[33]以钒作为中间填料,先在钛板上堆焊一层钒,将钒层表面挫平后采用电子束焊方式焊接钒-铁界面,拉伸测试结果显示接头的抗拉强度为410MPa,接头断裂于纯铁母材,但钒-铁接头的质量波动性很大,部分接头出现脆断现象。王廷[32]采用真空电子束焊焊接2.5mm厚Ti-15-3钛合金和304不锈钢板时以1mm厚Cu板为填充金属,得到了没有裂纹的接头。结果表明在靠近不锈钢的区域,金属间化合物TiFe2弥散分布在Cu固溶体基底中。靠近铁合金的爆缝含有Ti-Cu,Ti-Fe-Cu金属间化合物层,在这里硬度达到最大值。拉伸测试时,在金属间化合物层发生脆性断裂,拉伸强度为224MPa。2013年,王廷[34]又分别以0.7mm铜箔+0.7mm钒箔和由粉末冶金法制备的1.4mm厚V/Cu-V复合层做为填充层,采用真空电子束焊的方式焊接2.5mm厚的近α钛合金(Ti6Al2Zr2Mo2V)和304不锈钢。
2.2.3激光焊
激光焊与电子束焊一样,属于高能量密度、低热输入的焊接方法,在焊接异种金属时具有一定的优势。然而采用激光焊方法焊接钛及钛合金与钢则少有报道[35-36]。Z.Sun和J.C.Ion[37]总结了各种金属组合的激光焊效果,将结果分为“非常好”,“好”,“一般”和“差”,结论为饮钛与钢直接焊效果为“一般”。H.Hiraga[35]采用搭接接头形式,将激光束照射在钛板上,直接焊接纯钛和不锈钢。通过对脉冲能量和功率密度的控制,使不锈钢侧形成一个较小的熔化区域,从而限制金属间化合物的大量产生,得到了剪切强度为190MPa的接头。S.S.Zhao[36]等人同样采用搭接的方式,将激光束照射在钛板上,焊接了Ti6A14V和42CrMo,并通过有限元数值模拟的方法研究了焊接工艺参数与焊缝温度的关系。研究发现Ti6A14V和42CrMo母材之间有TiFe和TiFe2金属间化合物层存在,其厚度随着热输入的增加而变厚。通过对激光脉冲能量和功率密度的控制,可以使界面处的温度刚好等于或略高于42CrMo板的熔焊温度,以控制金属间化合物的生成,得到最佳的焊接效果。
2.2.4钎焊
钎焊是焊接过程中母材不熔化,而依靠熔化的钎料与母材表面的润湿、相互溶解和扩散而实现连接的焊接方法[38]。钎焊适用于焊接熔点高或塑形差的同种材料,或焊接时易产生金属间化合物或互溶相差的异种材料。但钎焊明显比扩散焊效率更高,接头设计也更加多变。因此很多难以解决的焊接组合均选择钎焊做为突破口[39-41]。关于钛及钛合金与钢钎料研究的报道较多,使用的钎料有Ag基,Cu基,Zr基和Ti基。
何鹏等人[42-43]以50μm厚的Ag-Cu27-Nil-Li0.5(wt.%)合金箔做为钎料对γ-TiAl合金与35CrMo钢进行了感应钎焊,并对钎缝的微观组织,接头的力学性能和断裂特征进行了研究。接头的最高强度为324MPa,最佳工艺参数为930℃保温1分钟,接头断裂于Al-Cu-Ti的金属间化合物层。Shiue R K等人[44-45]采用BAg-8和63Ag-35.25Cu-1.75Ti做为钎料红外钎焊TC4与17-4PH不锈钢时,尝试在钢侧镀Ni、Cr和Ni/Cr层作为过渡层增加Ag基钎料与钢侧的连接效果。结果表明钎缝中主要为Ti-Cr-Ni,Ti-Cr以及Ti-Cu金属间化合物,接头中没有Fe-Ti化合物出现。其得到的最佳工艺参数为850℃保温5分钟,接头的最高剪切强度为214MPa。A.EIrefaey等人分别采用Cu65.2-Ag31-Ti3.8(wt.%)[46]和Cu-Mnl2-Ni2(wt.%)[47-48]等铜基钎料钎焊纯钛和低碳钢。对钎缝相组成的分析结果表明:钎缝中有大量的Fe-Ti,Cu-Ti和Fe-Ti-Cu金属间化合物存在,尤其是Fe-Ti金属间化合物严重影响了接头的力学性能。对接头的剪切测试结果表明接头的最大剪切强度仅为61MPa。接头断裂于靠近低碳钢的钎缝中。
2.3铁-不锈钢复合板对接焊
随着不锈钢复合板在工业生产中的应用日益广泛,目前对不锈钢复合板的焊接研究也越来越多。对不锈钢复合板的焊接工艺进行研究,主要是为了获得具有优异力学性能和耐腐蚀性能的不锈钢复合板接头。但是由于不锈钢复合板的基层与覆层化学成分、物理化学性能差异较大,因此要保证不锈钢复合板接头具有良好的综合性能具有一定难度。依据文献查询,目前国内外对覆层奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的焊接性研究相对较多,工艺上相对成熟,对于不锈钢复合板的焊接工艺评定以及异种金属的焊接性研究也已有一些文献报道。