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研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术 中国设备工程 2019.11 (下)
钛合金和铝合金的特点在于耐腐蚀性较好，而且密度相对较低。当前条件下，复杂工况对工件的要求越来越高，加快了复合结构材料的发展，铝合金和钛合金构成的复合构件能够将两种材料的特性最大化的发挥出来。因为钛合金和铝合金在力学以及热物理学方面的性能出现一定的差异，导致焊接的时候很容易产生裂纹、气孔等问题，因为冶金反应产生金属间化合物导致Ti/Al 异种金属在接头位置出现性能恶化等问题。钛和铝的性能对比如表1。
浅析钛合金与铝合金异种金属焊接技术
姜雨昂
（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）
摘要：当前异种金属复合构件应用越来越广泛，尤其是钛合金和铝合金的异种金属焊接技术，在很多领域都有应用。这两种金属的焊接技术也越来越受到人们的关注。但是因为钛合金和铝合金在力学和热物理性能方面具有较大的差异，在实际应用的过程中如何有效地对钛合金和铝合金这两种异种金属进行焊接成为当前相关人员关注的重点问题。本文重点对钛合金与铝合金异种金属焊接技术进行分析研究，以供参考。
关键词：铝合金；耐腐蚀；钛合金；气孔；金属焊接；金属化合物；异种金属
中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）11（下）-0128-03
2 钛合金和铝合金的焊接性分析
铝元素和钛元素在液态环境下可以进行无限固溶。在固
到密封作用（即D、E 方向的压力使楔L 型密封圈在径向密封），由于径向压力较小，所以径向密封可以满足要求。观察3～5分钟，压力表没有掉压情况，继续加压，将压力加到20MPa ，停3～5分钟，压力表没有掉压情况，再次加压，将压力加到30MPa ，停3～5分钟，压力表没有掉压情况； 继续加压，将压力升高到40MPa ，停3～5分钟，压力表没有掉压情况；继续加压，将压力升高到50MPa ，停3～5分钟，压力表没有掉压情况；继续加压，将压力升高到试验压力60MPa，压力表没有掉压情况，按试压要求，保压10～15分钟，压力表没有压降，试验成功。3.5 楔L 型密封圈的优缺点 经多次试验，得出采用楔L 型密封圈进行密封试压有如下优缺点：
（1）优点：①楔L 型密封圈为轴向和径向双向密封，轴向密封为主要密封方向，结构采用楔形形式，密封效果好，径向密封为辅助密封。②由于楔L 型密封圈轴向密封结构采用楔形形式，故可适当减小预紧力，同样可实现密封效果，由于减小了预紧力，方便了工装拆装。③楔L 型密封圈采用
楔型密封可增加密封圈的承受压力，故可采用低压密封材料实现较高压密封。④由于采用低压密封材料实现较高压密封，同时可重复使用，故可大大降低成本。
（2）缺点：①楔L 型密封圈和相配合的密封帽加工精度要求高，加工难度大。如果加工达不到要求，密封帽在旋紧力作用下由于受力不均匀而容易损坏，即使在旋紧力作用
下未损坏，试压时，由于受压力不均匀，达不到试压要求，密封圈同样会损坏。②在不拆除工装情况下，重复试压同一工件，由于楔L 型密封圈受压变形，楔形垫与工装和工件之间产生间隙，加压时，由于侧面进水，楔形密封失去了作用，只有径向密封起作用，所以不能实现60MPa 密封要求。因此，再次试压时，必须重新旋紧密封帽。 4 结语
（1）楔L 型密封圈的成功设计，解决了60MPa 通舱管件类零件的压力试压密封要求，保证了生产的有序进行。
（2）楔L 型密封圈的成功设计，为公司生产节约了成本，提高了效益。
（3）楔L 型密封圈有一定的推广性。如管路密封，密封材料选用橡胶，由于橡胶变形大，对连接部分要求低，并且双向密封的密封效果好，提高了密封的可靠性。
参考文献：
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图2
表1
钛和铝的性能对比
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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2019.11 （下）态条件时，钛和铝相容性很差。钛在铝当中的溶解度相对较小。与此同时，铝合金和钛合金在力学性能和热物理学性能方面具有一定差异。两者的差异导致铝合金和钛合金的焊接性相对较差，很容易在焊接的时候出现如下问题。2.1 二者的相容性比较差
首先相容性相对较差，铝和钛之间的溶解度相对较低。在665℃下，钛溶解于铝的溶解量只有0.26%～0.28%。在温度降到20℃的时候，溶解度只有0.07%，这些数据可以充分地说明两种金属在实际应用的过程中很难相溶，而且铝在钛当中的溶解度更小。2.2 在空气中容易氧化
捕虾机电路图钛和铝这两种金属在空气环境下很容易产生氧化，导致界面结合的过程中出现一定的难度。在600℃才开始氧化，逐步成为TiO 2。在焊缝及界面当中出现脆性层，铝及相应的合金表面很容易产生致密的氧化膜，这样就会造成两种金属结合的过程中出现难度，在焊缝当中很容易出现夹渣等情况，导致焊缝的脆性大幅度增加。2.3 出现脆性相的问题
铝和钛在1460℃条件下进行反应，最终会生成钛铝型金属间化合物。在1340℃的条件下，会产生Ti3Al 型金属间化合物，这些化合物的出现会导致焊缝的强度和塑性大幅度的下降。
2.4 产生焊接变形的问题
钛和铝在线胀系数和热导率方面具有很大的差别，这样会导致焊接过程中形变相对较大，在脆性组织和焊接应力共同影响下很容易产生裂缝。
3 钛合金与铝合金异种金属焊接技术类型
因为铝合金和钛合金在焊接的过程中具有较大难度，相关人员正逐步开始对该领域进行研究，并且提出了各种类型的焊接方法和技术，主要有固相焊、钎焊和熔化焊等。3.1 熔化焊
在异种金属焊接的过程中融化焊的成本较低，而且应用非常广泛。相关专家希望能够在钛合金和铝合金异种金属焊接的过程中应用这种技术。在钛合金和铝合金同时融化的过程中，会出现某些金属间化合物脆性较大等情况，对焊接的接头出现影响，导致焊接接头产生开裂的问题。另外，为了能够让这个问题有效地解决，提出了激光的方式，加热焊接的接头，以便控制焊接的质量。3.2 固相焊
（1）扩散焊。因为异种金属在焊接的时候，扩散焊的方式能够有效地让异种金属之间进行结合。国内外对该领域进行了深入的研究，也取得了一定的效果，能够进一步提升接头的使用价值。国内的相关专家在研究的过程中，认为在5a06铝合金和Ta2钛合金焊接的时候，可以把Nb 当成是阻隔层，通过检验分析发现在焊接的时候所产生的化合物主要是Al18Ti2Mg3，剪切强度能够达到105兆帕。另外，相关的学者在使用真空焊接技术最终获得60兆帕的接头强度。通过研究分析发现，国内外相关专家在钛合金和铝合金焊接的时候，焊接的接头强度绝大部分还处于100兆以内。当前专家的重点在于如何
提升接头的强度。通过研究分析发现，钛棒在与铝进行焊接的过程中最佳浸铝温度为680℃，最佳时间为25min，在实际进行扩散焊接的过程中，需要控
制时间在20min 、压力在10MPa 左右、最佳温度为490℃。在这种工艺条件下，钛/铝接头的抗拉强度最高能够控制在180MPa。
（2）摩擦焊。摩擦焊在异种金属焊接的过程中是出现较早的一种技术。比如，20世纪90年代就进行了铝合金和钛合金之间的焊接，得出的结论是需要控制化合物的厚度在200微米范围内，如果超过200微米，就会导致钛合金和铝合金化合物的强度大幅度的下降。国内相关专家在研究摩擦焊的过程中，进一步调整了工艺参数以及连接界面的组织结构，最终发现在摩擦焊条件下，接头的拉伸强度的提升是较为明显的。
（3）搅拌摩擦焊。当前国内外专家已经深入的开始研究搅拌焊技术，国外相关专家提出在纯钛板和Al-Cu 合金板焊接的时候使用搅拌摩擦焊等技术，可以大幅度提高接头的强度和焊接的速度。另外，国内相关专家论证，TC1钛合金和LF6铝合金在焊接的过程中使用搅拌摩擦焊等方式可以获得非常好的效果。3.3 钎焊
钎焊是金属焊接中一种常用方法，钎焊最有代表性的类型为直接钎焊、间接钎焊和熔钎焊。
对时网（1）熔钎焊。熔钎焊在金属焊接过程中应用比较广泛，适用于两种金属之间的熔点较大的情况下，在对钛合金和铝合金进行焊接时，需要将接头强度作为重点。后期需要采取合理的方法重点控制化合物的生成以及界面元素的扩散。这样在应用的过程中可以取得非常明显的效果。相关学者认为，在焊接的过程中接头使用普通的二氧化碳激光来完成保护。在合理控制焊接条件的情况下，可以保证接头的强度达到200兆帕。
（2）直接钎焊与间接钎焊。因为国外在这方面的研究相对较早，20世纪80年代就提出了直接钎焊的方式，相关专家通过实验分析发现，通过Al-10Si-1Mg 钎材料可以保证焊接的强度达到70兆帕，而通过Al-10Cu-8Sn 和Al-30Ag-10Cu 时可以保证接头的强度处于38兆帕，国内的相关厂家也开始逐步研究钎焊技术，认为通过相关方法可以保证接头强度达到70兆帕以上。间接钎焊主要是在钛合金表面上涂抹铝和铝的合金，接着进行焊接操作。在间接钎焊的过程中，首先需要重视的是钛合金的涂敷过程。这和接头质量以及接头强度具有直接影响，通过间接钎焊的方式可以在温度较低的条件下完成焊接工作，不会影响铝合金的性能、质量，可以在一些复杂精密的结构件当中进行使用，应用较为广泛。4 钛合金与铝合金异种金属焊接技术的发展与展望
钛合金和铝合金构件相对较为复杂，在汽车、航空航天等各个领域应用非常广泛，而且具有非常大的应用潜力和价值。当前制约钛合金和铝合金复合构件应用的关键在于焊接的质量。通过大量实验分析发现，在钛合金和铝合金异种金属焊接的过程中，脆性金属间化合物的生成是需要解决的问题，这会
二节滑轨对焊接接头性能产生较为严重的影响，所以一定要重视焊接过程中最新技术，减少化合物生成和发展时对接头力学性能的影响，提高焊接的效率，在操作的过程中获得满意的异种金属焊接接头。5 结语
总而言之，钛合金和铝合金复合焊接技术应用非常广泛。
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研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术
中国设备工程 2019.11 (下)
随着汽车市场的快速发展，对生产效率及生产质量的要求不断提高，以工业机器人为主体的自动化设备被迅速推广应用到焊接生产线中，不仅能够更好地适应三维空间焊点的可达及焊缝轨迹的变化，保证了焊接接头质量的稳定性和一致性，从而保证了焊接结构件的安全性和可靠性，同时对车间现场孤光、高温及粉尘等作业环境也能更好适应。因此，机器人等自动化设备的投入使用对车间生产的高度柔性生产亦有极大提升，增强了生产系统对新产品的适应能力。
而数字化技术的融入，必将进一步提升汽车制造业的发展进步。所谓数字化技术，即以计算机软硬件为主体技术手段，以信息的离散化表达、传递、处理、存储以及执行等信息科学理论方法为基础的集
折叠帐篷成技术。数字化焊接技术在此基础上发展起来，将数值计算、数值分析和实时控制等数字处理及微机控制的基本功能融入焊接过程及焊接工艺，进而实现数字化焊接。数字化焊接技术的应用推广，将有利于提升焊接过程和焊接质量的稳定性，有效控制飞溅等产生。而随着视觉技术、人工智能技术等新兴学科与机器人技术的进一步融合，必将促使焊接技术向着实现焊接过程的数据化、焊接质量智能化的方向发展，以达到较好的柔性和监控效果。1 焊接数据库 目前，数据库技术在装备制造领域应用已经较为成熟，如热处理加工数据库、压力成型数据库等，通过建立相应的数据库，可以对相关领域的数据信息进行科学的分类管理并提供高效的查询。早在20世纪，日欧等国就已经开始注意收集汇总焊接数据并建立焊接数据库。与其他数据库类似，焊接数据库也具有数据库本身的一些特征，从组成上可以分成前台人机界面、后台数据库、后台管理系统三大组成部分；从涵盖数据种类上又可以大致分为焊接工艺、焊接平台应用数字化焊接技术发展趋势分析
金颋勋
（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）
摘要：焊接是汽车制造业的重要环节，随着数字化及信息化技术的全面发展和渗透，数字化焊接技术已经成为焊接工艺的主要发展方向，更是未来数字化制造的重要组成部分。文章对数字化焊接技术相关的焊接数据库、焊接仿真技术等进行了研究，同时分析了数字化焊接技术的发展趋势，旨在为焊接
工艺的发展提供一定借鉴价值。
压电陶瓷驱动电源
关键词：数字化；焊接技术；汽车制造
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）11（下）-0130-02
数据库、焊接材料数据库，个别公司甚至建立焊接设备管理数据库、焊接生产技术数据库以及焊接操作工档案管理数据库等。总的来说，现有通用的焊接数据库可以分为焊接基础数据库和焊接CAPP 系统。焊接基础数据库包含焊接过程的基本数据及焊接的通用标准和规范，如焊接母材、焊接设备、焊接工艺参数等；而焊接CAPP 系统主要管理焊前工艺文件。通过焊接数据库，方便使用者快速地查阅焊接相关数据进而对焊接工艺进行设计，能够极大地提升工作效率和焊接质量，为焊接专家系统提供基础，进而实现焊接生产过程的数字化管理。图1
为焊接数据库构成图。
图1 焊接数据库构成
2 焊接专家系统
所谓专家系统通过汇总某一领域内众多专家的经验和理论，进而模仿专家的推理判断方法，针对该领域的复杂问题进行分析解决的计算机软件系统。专家系统的应用，能够有效减少决策时间，同时提高决策的准确性。焊接专家系统在焊接数据库的基础上，收集众多焊接规范及实践成功经验，如焊接方法、焊接参数（电流、电压及板厚）、坡口形状、送丝速度等。通过焊接专家系统，普通操作者只需要输入其在航空航天、汽车等诸多领域都有一定的应用。如果在焊接的时候往往会遇上一些问题，一定要有针对性地对这些问题进行分析处理，以便让接头的强度和提高，保证异种金属焊接技术的进一步发展。
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