【摘 要】
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钛/铝复合结构兼顾了钛合金疲劳强度高、耐蚀性好、断裂韧性高等优点和铝合金导热性能好、成本低、延展性好等优点,在航空航天、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。焊接是制造钛/铝复合结构的重要连接工艺,但由于钛和铝热物理性质差异大,且易反应形成脆性Ti-Al金属间化合物（脆性相）,严重影响接头承载力。相关研究表明,铌元素能够降低Ti-Al金属间化合物的脆性,这为改善钛/铝接头力学性能提供新思路。因此,本文
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钛/铝复合结构兼顾了钛合金疲劳强度高、耐蚀性好、断裂韧性高等优点和铝合金导热性能好、成本低、延展性好等优点,在航空航天、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。焊接是制造钛/铝复合结构的重要连接工艺,但由于钛和铝热物理性质差异大,且易反应形成脆性Ti-Al金属间化合物（脆性相）,严重影响接头承载力。相关研究表明,铌元素能够降低Ti-Al金属间化合物的脆性,这为改善钛/铝接头力学性能提供新思路。因此,本文开展基于铌微合金化的钛/铝异种金属激光搭接焊工艺试验研究,旨在通过铌元素降低接头组织脆性的方法,提高钛/铝异种接头力学性能。本文研究内容和主要结论如下:（1）研究了搭接形式、焊接工艺参数和铌元素含量对焊接过程和焊缝宏观成形的影响规律。结果表明:（1）钛上铝下搭接形式在焊缝宏观成形和接头强度两个方面明显优于钛下铝上的搭接形式,说明前者接头适应性更佳。（2）针对钛上铝下搭接形式,在较高功率和焊接速度条件下,焊接过程中会产生大量飞溅,焊缝表面形成塌陷;在较低功率和焊接速度条件下,焊接过程中无飞溅产生,并获得焊缝成形和力学性能俱佳的焊接参数,即功率为1750 W,焊接速度20 mm/s。（3）随着合金层厚度增大,焊缝宏观成形没有显著变化,但是界面有效熔宽和焊接熔深逐渐变小。通过调整焊接参数发现,焊接熔深对激光功率更加敏感。（2）探究了铌微合金化对Ti/Al异种金属激光搭接焊接头微观组织、力学性能和断裂行为的影响。研究表明:（1）相同焊接参数下,中间层铌片厚度为0.05 mm对应的接头平均抗剪切强度最高,达到192 N/mm,较合金化前提高了25%。（2）当接头沿焊缝区断裂时,微合金化前接头断裂形式为完全脆性断裂,合金化后接头断裂形式为脆性断裂+韧窝断裂。（3）合金化前接头主要沿焊缝区断裂,微合金化后接头主要沿钛/铝搭接界面和接头根部断裂。（4）合金化后接头过渡区微裂纹率显著下降,归因于铌元素降低了Ti-Al金属间化合物的脆性,增强了原子间内聚力,延缓裂纹扩展。
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