Ti-Pb异种接头的激光焊接特性及熔池中的元素扩散

摘要： 激光焊接铅金属与钛或钛合金（一种典型的异种材料焊接工艺）具有极大挑战性。研究人员采用3千瓦连续波Nd:YAG激光器对Ti-Pb和Ti6Al4V-Pb组合进行了焊接试验，探究了激光功率、光束偏移量等工艺参数对焊缝熔深的影响，测试了焊缝的微观组织、元素分布及显微硬度，并基于实验数据研究了Ti-Pb和Ti6Al4V-Pb组合激光焊接过程中的元素扩散特性。 实验结果表明：对于钛合金与铅金属的焊接，光束偏移量是主要影响因素；而对于纯钛与铅金属的焊接，激光功率起关键作用。研究建立了Ti-Pb-Al三元合金化学势计算模型，计算显示：在Ti-Pb-Al三元体系中，随着Pb含量增加，Ti元素的化学势升高；但在Ti-Pb二元体系中，Ti元素的化学势随Pb含量增加而降低。根据计算结果，在Ti-Pb-Al三元体系中，由于熔池中存在Al元素，Ti元素更倾向于向Al元素扩散，而向Pb元素的扩散驱动力较弱。对比发现：Ti-Pb二元体系更易形成混合熔合焊缝，而Ti-Pb-Al三元体系的传质界面现象更为显著——该结论与EDS线扫描及显微硬度测试结果相符。