● 摘要
本文根据卫星新型燃料喷注器制造的需要，对目前常用的Ag基钎料钎焊连接TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的界面反应及工艺进行了研究。对同种钎料在不同连接参数条件下，接头的界面组织结构和接头力学性能进行了分析，初步确定了钎料成分和钎焊的最佳连接规范参数。对于Ag-Cu-Ti钎料钎焊接头，在930℃和20min的钎焊条件下，接头抗剪切强度达到154.41MPa的最大值。在不同工艺规范下钎焊接头均出现了3个反应区：不锈钢与钎料的界面区；钎缝区；钎料与钛合金的界面区。随着钎焊温度升高，钎料与母材的界面层变得更加融合，但组织变得粗大，Ag-Cu共晶相减少，CuTix、TixAl的金属间化合物增多，并出现微量的AgTi化合物，导致脆性相增加，并且分布比较集中。随着钎焊保温时间增长，均布组织分布形态变得更加规则，但是组织变得粗大，Ti元素的扩散量增加，导致塑性很差的金属间化合物增多，大量的脆性相生成，降低接头抗剪切能力；同时，在试验范围内所有工艺条件下得到的接头组织表明，Ⅲ区是脆性化合物生成最多的区域，并且分布比较集中，是裂纹生成的危险区。同时，采用有限元方法对连接冷却过程中产生的内应力进行数值模拟，并且考虑了工艺参数对接头应力分布的影响。模拟结果表明：TC4与不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中，并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值。这在施加外力的情况下，容易导致裂纹在接头界面两端点处的脆性相上产生并向内扩展。钎焊间隙在50μm时应力值最小；钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时使接头内应力达到最小值；连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小。最后，通过钎焊接头宏观变形与数值模拟结果对比、内应力与接头剪切强度随间隙变化的规律比较证明了数值模拟计算结果是正确的。