Microstructures and properties of capacitor discharge welded joint of TiNi shape memory alloy and stainless steel

0IntroductionTiNi SMAis a newkind of functional material used inmany fields,such as aviation and spaceflight,atomic ener-gy,ocean development,instruments and medical purpo-ses,etc.due to its special SME and superelasticity,aswell as excellent erosion resi…     

TiNi形状记忆合金与不锈钢激光焊接头裂纹分析及防止措施

采用激光焊对TiNi形状记忆合金与不锈钢异种材料进行焊接,用扫描电镜和激光共聚焦显微镜研究了TiNi合金/不锈钢接头裂纹及断口特征,分析了焊缝裂纹的形成机理,并提出了防止裂纹的措施.结果表明,裂纹多以微裂纹的形式出现于焊缝中心和TiNi合金侧熔合区.焊缝中存在大量的脆性化合物是产生裂纹的内在原因,接头受到拉伸应力是产生裂纹的必要条件,焊缝裂纹是二者共同作用的结果.通过焊接区加镍和钴中间层材料、改变激光光斑位置、焊接区施加轴向力及优化激光焊接参数的方法均能在一定程度上改善焊缝金属的裂纹敏感性,其中加金属中间层效果更为明显,加镍和钴中间层后,接头抗拉强度分别达到372和347 MPa,比未加中间层的接头的抗拉强度分别提高98.9%和85.6%.     

Microstructures and properties of welded joint of TiNi shape memory alloy and stainless steel

The fracture characteristics of the joint were analyzed by means of scanning electron microscope(SEM).Microstructures of the joint were examined by means of optical microscope, SEM and an image analyzer. The results show that the tensile strength of the inhomogeneous joint of TiNi shape memory alloy and stainless steel is lower than that of the homogeneous joint and a plastic field appears in the heat affected zone on the side of TiNi shape memory alloy. Because TiNi shape memory alloy and stainless steel melted, a brittle as-cast structure was formed in the weld. The tensile strength and the shape memory effect of the inhomogeneous joint are strongly influenced by the changes of composition and structure of the joint. Measures should be taken to reduce the base metal melting and prevent the weld metal from the invasion by O for improving the properties of the TiNi shape memory alloy and stainless steel inhomogeneous joint.     

TiNi形状记忆合金与不锈钢激光钎焊接头界面组织特征

通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射技术分析TiNi形状记忆合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢激光钎焊接头界面反应层的组织结构特征。结果表明：TiNi形状记忆合金与不锈钢激光钎焊接头钎缝主要由α-Ag固溶体、α′-Cu固溶体和Ag-Cu共晶相组成;不锈钢/银基钎料界面反应区由3层连续的反应层构成,分别为：奥氏体（A）,马氏体（M）/A和M/α-Ag＋α′-Cu＋M;TiNi形状记忆合金/银基钎料界面反应层主要由Ti（Ni,Cu）＋（Ni,Cu）Ti2化合物组成。     

TiNi形状记忆合金与不锈钢激光钎焊AgCuZnSn钎料的研制

成功研制一种适合于TiNi形状记忆合金与不锈钢异质材料钎焊，并可安全应用于医学领域的新型AgCuZnSn银基钎料。对AgCuZnSn系钎料的熔化特性、微观组织、钎焊工艺特性及接头力学性能进行了研究。结果表明，所研制AgCuZnSn银基钎料成分为Ag51～53Cu21～23Zn17～19Sn7～9，固相线温度为590．0℃，液相线温度为635．3℃。该钎料主要由α—Ag固溶体、α-(Cu，Zn)固溶体和Ag-Cu共晶相组成，并含有少量Cu41Sn11、AgZn、Ag3Sn、Cu5Zn8等化合物。采用该钎料钎焊TiNi形状记忆合金与不锈钢，接头强度达320～360MPa，同时TiNi形状记忆合金性能损失较小。新型钎料熔点低、钎焊冶金特性优异，钎焊接头界面冶金结合平直、致密。     

TiNi形状记忆合金与不锈钢TLP-DB接头界面组织及力学性能

采用AgCu金属箔作中间层,对TiNi形状记忆合金与不锈钢进行了瞬间液相扩散焊.分析了接头的显微组织、元素分布、物相组成等,研究了接头的显微硬度和不同工艺参数下的抗剪强度.结果表明,接头界面区由TiNi侧过渡区、中间区和不锈钢侧过渡区组成,主要相分别为Ti(Cu,Ni,Fe),AgCu,TiFe等.过渡区的显微硬度值高达500~650 HV,但中间区的硬度值只有大约120 HV.随加热温度的升高和保温时间的延长,接头抗剪强度均呈先增大后减小的趋势,最大抗剪强度为239.4 MPa.断裂发生在TiNi母材和AgCu中间层扩散界面上,断口为混合断裂形貌.     

TiNi形状记忆合金片激光微焊接接头的组织性能

采用脉冲激光实现了0.2mm厚TiNi形状记忆合金的对接焊,研究了焊接接头的抗拉强度、断裂形貌、组织和相变过程。结果表明,脉冲激光能够实现薄片状TiNi形状记忆合金的良好对接焊,焊接接头的抗拉强度可达683MPa,为冷轧态母材的97%,断口形貌与母材相似,均为延性断裂。根据晶粒尺寸和显微组织的不同,接头可分为4个区。焊缝中心区为细小的等轴晶,而焊缝边缘为柱状晶组织。对焊接接头进行焊后退火处理后其相变过程与退火态TiNi形状记忆合金的接近。     

薄片状TiNi形状记忆合金的激光对接焊

采用低功率脉冲激光对厚度为0.2mm的TiNi形状记忆合金进行了对接焊,研究了接头的抗拉强度、断裂应变、相变过程和形状记忆效应.试验发现,低功率脉冲激光能够实现薄片状TiNi合金的良好焊接.冷轧态TiNi合金焊后接头的强度达到母材的97%,断裂应变为母材的95%,对接头进行焊后退火处理其强度有所提高,高于冷轧态母材、达到退火态母材的63.6%,断裂应变为退火态母材的82.5%.冷轧态TiNi合金焊接接头经焊后退火处理,其相变过程和退火态母材接近,形状记忆效应基本和退火态母材相同.     

TiNi合金/不锈钢异种材料微激光焊缝组织性能

采用纯Ni丝作为填充材料,以低功率脉冲激光作为热源实现了厚0.2 mm的超薄片状TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料的良好连接,通过正交试验以获得最大接头抗拉强度为目标对工艺参数进行了优化,研究脉冲功率百分比、脉冲宽度等工艺参数对焊缝成形的影响,并对接头做了拉伸试验。结果表明:当脉冲功率百分比为15%、脉冲宽度4 ms、脉冲频率6 Hz时,接头能够获得570 MPa的最大抗拉强度,达到TiNi形状记忆合金母材强度的70%,不锈钢母材的90%;脉冲功率百分比主要影响焊缝熔深,脉冲宽度主要影响焊缝熔宽;焊缝区组织、强度分布不均匀,在TiNi合金侧发生断裂。     

TiNi形状记忆合金电阻钎焊技术

利用自行研制的数控交流电阻焊机，采用CuNi薄带钎料，配合改进型钎剂对TiNi形状记忆合金丝材的电阻钎焊技术进行了研究，分析了焊接热量、焊接时间、焊接压力及保护气体等参数对接头力学性能的影响规律，得到了获得优异力学性能的TiNi合金丝接头的最佳焊接参数。试验结果表明，焊接热量对接头的力学性能有着显的影响。研究结果表明，电阻钎焊技术可实现TiNi合金的可靠连接。     

SUS321不锈钢和6061铝合金激光搭接焊接头的组织和力学性能

焊接参数对钢铝异种接头质量影响明显。主要研究不同的激光功率和焊接速度对SUS321不锈钢和6061铝合金焊缝成形的影响,分析异种接头的微观形貌特征及组成,并对接头的断口形貌和力学性能进行了试验研究。结果表明,不同焊接速度和激光功率对于焊缝成形有着重要影响:当激光功率为2 200~2 400 W,焊接速度为30~35 mm/s时可以获得质量较高的焊缝;在焊接过程中,接头界面形成了FeAl、Fe_2Al_3和Fe_3Al等金属间化合物,它们的存在影响了接头的力学性能;接头在拉伸试验中发生韧性断裂,且裂纹最先在金属间化合物中萌生,并沿着钢铝反应界面进行扩展,直至整个接头发生断裂。     

退火对Ni47Ti44Nb9合金激光焊接接头力学性能与形状记忆效应的影响

为了降低镍钛铌(NiTiNb)宽滞后记忆合金紧固环的制备成本,研究了退火对激光焊接接头力学性能和记忆效应的影响。焊接接头在850℃进行了退火处理。结果表明:焊接接头的组织粗大且不均匀,抗拉强度与延伸率均显著低于母材。经过退火后,再结晶导致焊接接头组织更加均匀;母材与焊接接头抗拉强度均大幅度下降,但延伸率均得到较大提高,尤其是焊接接头的延伸率可以提升到28.57%。退火态焊接接头在-40℃变形13%时表现出接近于母材的形状恢复率。     

Electrochemical behavior of YAG laser-welded NiTi shape memory alloy

Electrochemical behaviors of laser-welded Ti-50.6%Ni（mole fraction） shape memory alloy and the base metal in 0.9% NaCl solution were investigated by electrochemical techniques as corrosion potential measurement, linear and potentiodynamic polarization. The results indicate that the laser-welded NiTi alloy is less susceptible to pitting and crevice corrosion than the base metal, which is demonstrated by the increase in polarization resistance（Rp） and pitting potential（φpit） and decrease in corrosion current density（Jcorr） and mean difference between φpit and φprot values. It is confirmed by scanning electron microscope micrographs that pits could be observed on the surface of base metal but not on the surface of laser-welded alloy after potentiodynamic tests. An improvement of corrosion resistance of laser-welded NiTi alloy could be attributed to almost complete dissolution of inclusions upon laser welding.     

2219铝合金与不锈钢惯性摩擦焊接接头组织与力学性能

异种金属的连接可实现节能、经济及减重的目标,成为航空航天、造船、铁路运输等领域的研究热点之一;而铝合金与不锈钢物理化学性能差异明显,成为异种金属中最难实现的连接接头之一。采用惯性摩擦焊接技术进行2219铝合金与不锈钢回转体的连接,分析不同焊接工艺参数下铝钢惯性摩擦焊接接头的显微组织与力学性能。结果表明,惯性摩擦焊接使铝钢接头铝合金一侧形成了细晶区和拉长晶区;EDS结果显示焊接界面处发生了Fe、Al等元素扩散。硬度测试结果表明,在连接界面处-0.6~+0.15 mm范围内硬度值发生了明显的阶跃变化,该区域为受焊接热及变形作用的主要区域,硬度值高于母材。合理焊接工艺下获得的2219铝合金与不锈钢接头拉伸强度为235~300 MPa。铝钢惯性摩擦焊接断口以脆性断裂为主。     

304不锈钢激光搭接焊接头的组织及力学性能

采用脉冲激光焊技术焊接304不锈钢薄板。利用光学显微镜、扫描电镜、万能试验机等分析检测手段,研究304不锈钢焊接接头的微观组织特点及激光功率对接头组织及力学性能的影响规律。结果表明,焊缝中心为细小的等轴晶,焊缝边缘为柱状晶组织,热影响区不明显。随着激光功率的增加,焊缝抗拉强度增大。激光功率为2.6 kW时,焊缝抗拉强度达到最大值491.7 MPa。继续增加激光功率,焊缝组织粗化,焊接接头抗拉强度降低。拉伸试样均在焊缝处发生断裂,焊缝中心是焊接接头最薄弱的部位。     

TiNi形状记忆合金与不锈钢的储能焊

采用储能焊焊接TiNi形状记忆合金与不锈钢异质接头，研究了两种母材及接头的力学性能，在光学显微镜、扫描电镜及能谱仪上观察分析接头的断口形貌和微观组织。结果表明：TiNi形状记忆合金与不锈钢异质接头的抗拉强度较低并且脆。由于不锈钢与TiNi形状记忆合金熔化，在接头处形成铸态组织及脆性化合物，改变了TiNi形状记忆合金成分和组织，异质接头的记忆效应和抗拉强度受到严重影响。为了提高异质接头的性能．焊接时应尽量避免各种缺陷并将焊缝中多余熔化金属挤出。     

医用封堵器中形状记忆合金与不锈钢的焊接

研究医用封堵器制造过程中的焊接工艺,首先利用钨极氩弧焊(TIG)将一束NiTi形状记忆合金丝焊接在一起,然后采用激光点焊将NiTi形状记忆合金丝接头与不锈钢管焊接起来.采用光学显微镜观察接头的显微结构,并利用电子探针(EPMA)研究接头中合金元素的分布.结果表明,在形状记忆合金TIG焊接头中弥散分布有TiC相,但TiC的含量在形状记忆合金与不锈钢的激光点焊焊缝处较少.在熔合线附近存在元素间的相互扩散,并且在熔合线附近产生金属间化合物Ni3Ti+(Fe,Ni)Ti.     

热处理对TiNi形状记忆合金回复稳定性能的影响

研究了热处理对TiNi合金回复稳定性能的影响。结果表明,马氏体相变温度Msσ和Mfσ随热机械循环次数增加而上升,而马氏体逆相变温度Asσ和Afσ随热机械循环次数的增加而下降。随着热机械循环次数的增加,相变温度逐步稳定。退火温度小于500℃,热机械循环下TiNi合金的回复性能稳定,退火温度达550℃时,TiNi合金组织长大,应力诱发马氏体变形时容易发生滑移,回复应变随热机械循环次数增加而下降,回复稳定性能变差。     

奥氏体不锈钢丝激光焊接头的组织与力学性能

采用脉冲激光焊技术连接奥氏体不锈钢细丝.利用光学显微镜、扫描电镜等分析测试手段,研究了不锈钢丝激光焊接头的微观组织特点及激光焊参数对接头组织与力学性能的影响规律.结果表明,焊缝金属由奥氏体胞状晶和胞状树枝晶构成,热影响区主要为等轴晶,且过热区晶粒明显粗化.随着激光脉冲能量和脉冲宽度的增加,焊缝熔透率及熔宽增加,焊缝及热影响区组织有粗化的趋势.小的脉冲宽度(2,3ms)对于保证不锈钢丝焊接质量的稳定性是不利的.激光焊接头抗拉强度最大值为680MPa(脉冲宽度10ms,脉冲能量7.6J),焊缝中心区是焊接接头最薄弱的部位.     

氮离子注入TiNi形状记忆合金表面改性

采用1×1016ions/cm2的注入剂量对TiNi形状记忆合金进行氮离子注入,注入加速电压为50 keV。采用X射线衍射和X射线光电子能谱对氮离子注入前后TiNi形状记忆合金表面的物相以及化学成分进行了分析。结果表明,氮离子注入前后TiNi合金表面都被氧化。氮离子注入前TiNi形状记忆合金表面存在少量TiO2、Ti3O5和Ti2O3。氮离子注入后的TiNi形状记忆合金表面有TiN新相生成,且在氮离子注入后的TiNi形状记忆合金表面还存在少量TiO2、Ti3O5。