【導讀】借助于掃描電鏡和能譜分析等分析測試手段，分析了接頭的微觀組織結構。們知道接頭成分為Ti/C化合物、Ti/Ni化合物、游離態(tài)石墨、（α+β）鈦合金。大，焊縫則越窄。在其他工藝參數(shù)不變的情況下，保溫時間越短，擴散層就越大。箔時，加熱溫度980℃，保溫時間3min；當中間層是Cu/Ni箔時，加熱溫度980℃，

　　

【正文】 擴散，與中間層的 Ni 反應生成 Ni/Ti 化合物，同時液態(tài)的中間層使的母材的 Ti 元素迅速地向石墨側移動，圖 31 中可以看到石墨側的 Ti 元素含量很高。擴散到石墨側的 Ti 與 C 反應生成 Ti/C 化合物。而處于熔融狀態(tài)的中間層金屬Ni也相 TC4 側移動，在界面處生成 Ni/Ti化合物。 圖 31 1000℃ 3min， Ni 箔中間層的試樣線掃描圖 Ti C Al Ni V 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 20 接觸反應焊焊接接頭的元素分析 接頭具有化學成分和組織不均勻的特點。 真空釬 焊（即接觸反應焊）焊接 焊接頭可粗略地劃分為擴散區(qū)和中心區(qū) 兩 個部分 ： (1)擴散區(qū)它主要由 母材 金屬組成 。 (2)焊縫 中心區(qū)它主要由 金屬化合物 組成，也有母材的溶解 。 （ a） （ b） 圖 32 980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣組織分析圖 表 31 980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣 接頭微區(qū)成分測試結果 編 號 元素原子百分比含量 % C Al Si Ti Fe Ni V A B C D E C TiC 焊 縫 擴 散 層 Ti A B C D E 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 21 圖 33 TiNi 相圖 圖 34 TiC 二元相圖 通過對照表 31 我們可以知道，由于在接觸反應中 Ti 元素和 Ni元素形成大量的液相，而 A 點是在 Ti/C 化合物區(qū)，其中的 Ni等元素是通過石墨上的間隙小孔滲透入母材石墨，從圖 34 可知，形成了 Ti/C 化合物。 B 點是在焊縫區(qū)，由圖 33 可 知，在接觸反應中 Ti 元素向 Ni中擴散， Ti 元素與受到 Ti 元素擠壓而過飽和的 Ni元素形成金屬間化合物 Ti2Ni。 C 點和 D 點同樣是在焊縫區(qū)，由于 Ti 元素與 Ni元素形成大量的液相，是母材中的 Ti 元素擴散入中心焊縫區(qū)。 E 點是在擴散區(qū)，同理由于 Ni元素在反應中形成的大量液相，擴散滲入鈦合金中。 （ a） （ b） 圖 35 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣組織分析圖 表 32 980℃ 3min Cu/Ni 箔作中間層 的試樣 接頭微區(qū)成分測試結果 編 號 元素原子百分比含量 % Al Ti Ni V Cu C A B C D 通過對照表 32 我們可知，與 Ti 元素相比， Cu 元素的擴散速度明顯 較慢。由圖34 可知，點 A 是在焊縫區(qū)，由圖 33 可知，在反應 Ti 元素與 Ni元素形成 Ti/Ni 化合物。點 B 同樣是在焊縫區(qū)，在反應時 Ti 元素與 Ni元素形成大量液相相互滲透， Ti元素擴散入中心焊縫區(qū)。同理，在擴散區(qū)的 C 點中， Ni 元素滲透入鈦合金中。點 D在 Ti/C 化合物層中。 C TiC 焊 縫 擴 散 層 Ti D C B A 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 22 工藝參數(shù) 對擴散層厚度的影響 表 33 擴散層厚度對比表中，加熱溫度 980℃ 的試樣，其焊縫寬度高于 1000℃ 的試樣，而加熱溫度同樣是 980℃ ，保溫時間 的試樣層厚度高于 3min 和 1min的兩組試樣。 表 33 焊縫寬度對比表 溫度對接頭的影響 圖 35 的一組金相照片是對 980℃、 1000℃不同溫度的相同保溫時間的試樣來進行分析。通過固定保溫時間，不同的加熱溫度，來找到適合石墨 /鈦合金焊接的最佳溫度。 (a)1000℃ 3min Ni 箔作中間層的 試樣金相圖 (b)980℃ 3min Ni 箔作中間層 的試樣金相圖 圖 36 焊接接頭的金相圖 加熱溫度 / 保溫時間 /min 中間層 焊縫寬度 /μm 1000 3 Ni 1000 1 Ni 980 3 Ni 980 3 Cu— Ni 980 1 Cu— Ni 980 Cu— Ni 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 23 表 34 1000℃ 3min 與 980℃ 3min Ni 箔作中間層 焊縫寬度對比表 加熱溫度 / 保溫時間 /min 中間層 焊縫寬度 /μm 1000 3 Ni 980 3 Ni 通過對表 34 和圖 36 中 a 圖的分析，我們發(fā)現(xiàn)相比與 b 圖， a 圖的反應層更寬，焊縫更窄。由圖 32 我可知，在 a 圖和 b 圖中，試樣在反應中 Ti 元素和 Ni元素都形成了大量的液相，但加 溫 1000℃ 時， Ni元素和 Ti 元素的反應更劇烈也更充分，擴散入中心焊縫的 Ti 元素被大量消耗，與 Ni元素形成 Ti 與 Ni的化合物 Ti2Ni，使得中心焊縫變窄，并在中心焊縫形成大量 Ti2Ni化合物。 所以，當保溫時間相同中間層是 Ni箔時，加熱溫度為 980℃ 較為適合。 保溫時間 對擴散層厚度的影響 保溫時間也是影響焊縫寬度的關鍵因素。若是保溫時間太短，擴散未能充分進行，嚴重時會導致焊縫中有許多孔洞，焊接接頭強度不高，影響接頭的性能。但超過材料的極限時，增加保溫時間不但不會起到作用，反而會使界面組織增大，降低 接頭強度。同時減少保溫時間，可以減少釬料與母材的相互作用，避免釬料與母材的強烈溶解，造成焊縫寬度的減少，降低接頭的性能。 總的來說，在確保充分擴散的條件下，保溫時間愈短愈好。一般來說，保溫時間不是一個獨立的參數(shù)，應該根據(jù)其他的參數(shù)綜合考慮。在其他焊接工藝不變的條件下， 保溫 時間的增加有利于材料原子擴散更加充分，從而使接頭成分和組織更加均勻。對異種材料擴散而言，尤其是相互間易生成金屬間化合物的異種材料， 保溫 時間的增加進一步促進了金屬間化合物的生長，這些硬脆的金屬間化合物加劇了接頭性能的下降。因此，對焊接過程中易形 成金屬間化合物的材料焊接應嚴格控制焊接時間，抑制接頭中有害組織的產(chǎn)生，避免接頭性能惡化。 因此通過圖 37，我們可以發(fā)現(xiàn)加熱溫度、中間層相同時，保溫 1min 和 3min的試樣 Ti 元素與 Ni元素的反應較為劇烈，對中間層的消耗較大，使得焊縫的寬度變窄，中心焊縫的化合物變多。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 24 (a) 980℃ 1min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (b)980℃ 3min Cu/Ni箔作中間層 試樣線掃描圖 (c)980℃ Cu/Ni 箔作中間層 的試樣線掃描圖 圖 37 焊接接頭的線掃描圖 綜上所述， 結合 溫度的影響，選擇 Ni 箔做中間層時 980℃ 保溫 3min 較為合適。選擇 Cu/Ni 中間層時 980℃ 保溫 30s 較為合適。 C Ti V Al Ni Ti C Al Ni Ti C Al V Ni 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 25 結 論 通過改變加熱溫度 和保溫時間 來真空 釬 焊 焊石墨 /TC4 合金 ，對其焊縫接頭進行微觀分析，得出結論： （ 1）當保溫時間中間層等變量相同時，加熱溫度越高，試樣的擴散層越大，焊縫越窄。 （ 2）當 加熱溫度 中間層等變量 不變時，保溫時間越 短 ，擴散層就越大。 （ 3）由實驗結果可知石墨 /TC4 合金 的 接觸反應焊接合適的 焊接工藝參數(shù) 為：當中間層是 Ni箔時， 加熱溫度 980℃ ，保溫時間 3min；當中間層是 Cu/Ni 箔時，加熱溫 度 980℃ ，保溫時間 。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 26 致 謝 本文是在導師祁凱老師的悉心指導下完成的，導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精益求精、勇于創(chuàng)新的科研精神和敏銳的洞察力使我受益匪淺。在完成畢業(yè)設計的同時，我還學到了分析問題和解決問題的方法。值此論文完成之際，謹對導師在學術上的教導與在畢業(yè)設計 期間給予的幫助致以最誠摯的謝意。 感謝實驗室所有的老師和同組實 驗的同學對我提供的幫助！ 感謝評審和答辯的各位老師！ 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 27 參 考 文 獻 [1] 徐慶元，李寧，熊國剛，張偉，趙偉 . 鈦基纖料纖焊石墨與 TZM 合金接頭組織與性能研究 . 20xx， 12： 1 [2] 胡智榮，李玉平，肖漢寧，等 . 柔性石墨用耐高溫涂料的研制 [J]. 涂料工業(yè) ， 20xx， 8 (11)：2124 [3] 胡法竹 . 石墨與鈦、鎳、銅金屬材料的連接方法 . 1997， 12 [4] 莊全超 ， 魏國禎 ， 董全峰 ， 等 . 溫度對石墨電極性能的影響 [J]. 物理化學學報 ， 20xx， 25(3)：406410. [5] 朱艷 . 石墨與銅纖焊工藝研究 . 20xx， 6： 34 [6] 李亞江 . 焊接冶金學 — 材料焊接性 . 20xx， 10： 186187 [7] 莊全超 ， 魏國禎 ， 董全峰 ， 等 . 溫度對石墨電極性能的影響 [J]. 物理化學學報， 20xx， 25(3)：406410 [8] 卡扎柯夫 ,材料的擴散焊接 ,北京，國防工業(yè)出版社， 1982， 2 [9] 何康生，曹雄夫，異種金屬焊接，北京：機械工業(yè)出版社， 1986. [10] 曲文卿 ， 董 峰 ， 齊志剛， 等 . 異種材料的連接 [J]. 航天制造技術， 20xx， 7(10)： 1214 [11] 劉慧云，張國棟，洪敏，等 . 石墨與鋼的放電等離子焊接 [J]. 電焊機， 20xx， 6(11)： 121123 [12] D. A. Mortimer , Nicholas .The Wetting of Carbon and Carbides by Copper Alloys. [J] of Material Science. 1973， (8). [13] 趙越 . 釬焊技術及應用 [M]．北京：化學工業(yè)出版社， 20xx [14] 李志遠 . 先進連接方法 [M]. 北京：機械 工業(yè)出版社， 20xx [15] 錢乙余，董占貴．國內(nèi)外釬焊技術發(fā)展動態(tài) [J]. 熱加工 . 1999， (10)： 1013 [16] 王艷艷，李樹杰，閏聯(lián)生 . 采用鈦基活性纖料高溫纖焊高強石墨 [J]. 20xx， 6： 23 [17] 覃耀春 . 金屬學與熱處理 . 機械工業(yè)出版社， 20xx， 5： 214218 [18] 趙婷，孫鳳蓮，趙密，李丹 . Ag— Cu— Ti 纖料在石墨表面的潤濕 . 哈爾濱理工大學學報第二期， 20xx， 4： 9495 [19] 趙熹華 . 壓力焊 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1989 [20] R. G. Donnelly, G. M. Slaughter. The Brazing of Graphite. 1992， 3(5)