齿根角度对钛/钢搅拌摩擦焊啮合接头成形的影响

余贵峰

（中国核工业二三建设有限公司，北京 100000）

1 概述

1.1 选题的依据及意义

钛合金密度低、强度高，耐高温且抗腐蚀性好；钢同样属于轻质高强材料，且塑性韧性好，钛/钢异种金属的有效连接在发挥材料各自优点的同时，极大地提高了材料的利用价值。在航天航空领域异种金属导管结构广泛采用了钛合金与不锈钢，目前连接方式采用机械连接加密封胶脂的组合方法，密封度低、接头性能不良，导管结构内部易侵入密封物质。针对钛/钢异种金属的连接专家学者探索了如扩散焊、激光焊、电子束焊等各种先进焊接方法，未能解决接头界面处金属间化合物的产生，且设备、工艺等因素影响焊接接头尺寸及性能，制约了钛/钢复合构件的广泛应用。20 世纪90 年代发明的搅拌摩擦焊克服了异种材料的物理性能差异，保持在塑性状态不被熔化。但传统的搅拌摩擦焊过程中，对接接头材料混合程度较差，接头力学性能不佳。

本研究探索一种新的搅拌摩擦焊方法，即对接接头设计成锯齿状啮合对接，以增加材料的混合互锁程度，提高接头的强度。锯齿的参数对接头的强度也有着重要的影响，研究齿根角度对啮合对接接头力学性能的影响，为异种金属复合结构搅拌摩擦焊的应用奠定理论和实验基础。

1.2 国内外研究现状

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是由Thomas 等基于摩擦焊原理发明的一种新式焊接技术[1-2]。不同于传统的焊接方法，FSW 属于固相焊接技术，焊前无需复杂的焊前处理，焊接过程中不发生材料的熔化，也不需要填充材料、保护气体，具有焊接变形小、能源消耗低、环保性能好等优点，不会出现常见的裂纹、气孔、夹杂等缺陷。……