镁合金作为密度最小的结构工程材料具有比强度高,比刚度高,电磁屏蔽性能好,易于切削加工等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、电子仪表、化学化工等领域。钛合金同样具有密度小,比强度高,耐腐蚀性好,塑性、韧性良好等综合性能,是船舶制造、航空航天工程中的优选材料。如果能把钛-镁异种金属结合起来,形成钛-镁复合结构,将使钛-镁两种金属材料形成互补,在保证结构件性能的前提下,进一步提高经济效益,同时有益于交通工具轻量化以及节能减排的目的。然而钛-镁异种材料之间的焊接并不易实现,例如两者的熔点、沸点相差较大,在焊接过程中易造成低熔点镁合金的严重挥发。此外两者之间的导热率和热膨胀系数相差较大,在接头内部易形成过大的残余应力。近年来TIG熔钎焊凭借其焊接效率高、工艺简单、焊接强度高等优点被研究应用于异种金属焊接。基本原理为,在TIG熔钎焊过程中,通过控制热输入使得低熔点的母材和填充材料发生熔化,同时保证高熔点的母材几乎不发生熔化,熔化的母材和填充材料作为钎料在未熔化的高熔点母材表面润湿、铺展最终形成接头。本文采用TIG熔钎焊工艺对钛-镁异种金属进行焊接,研究不同焊接参数对钛-镁接头宏观形貌、微观组织、焊接强度以及耐腐蚀性能的影响。针对钛-镁TIG熔钎焊接头存在的问题,结合超声波振动辅助焊接工艺以及焊后高能喷丸工艺对接头组织和性能进行改善。主要研究结论如下:采用TIG熔钎焊工艺对钛-镁异种金属进行焊接,研究了焊接电流、焊接速度对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,焊接电流较小时(40A),焊接过程热输入不足,镁合金母材以及焊丝不能充分熔化,钛-镁界面没有实现完全的冶金结合,界面区域有孔洞、裂纹等存在;焊接电流较大时(80A),过大的热输入使低熔点镁合金发生严重挥发,接头表面形成孔洞;而当焊接电流为60A,焊接速度为0.2m/min时,接头具有最大强度,达到193.5MPa。接头宏观形貌具有典型的鱼尾纹特征,钎焊区有大约5μm厚的固溶层生成,其对钛-镁冶金结合起到关键作用,而熔焊区晶粒异常粗大,最大晶粒尺寸达到200μm,断裂最终发生在接头熔焊区。Na Cl溶液浸泡试验表明,接头熔焊区的耐腐蚀性较差,易发生点蚀进而扩大成为全面腐蚀,析氢试验和失重试验结果证实了上述结论。超声波振动辅助焊接工艺被应用于改善钛-镁TIG熔钎焊接头的组织和性能。结果表明,对钛-镁焊接过程施加超声波振动后,接头焊缝宽度略微增加,超声波振动可以有效细化熔焊区的粗大晶粒。当超声波功率为1.2k W时,接头熔焊区的平均晶粒尺寸由初始状态的200μm减小到45μm,同时晶粒形状更接近等轴晶,接头强度达到最大值228MPa,断裂发生在接头热影响区。继续增大超声波功率,熔焊区晶粒细化效果不再显著增加,但是强烈的振动使得熔池凝固过程极不稳定,最终导致熔焊区有孔洞生成,降低了接头焊接强度。对于钛-镁接头钎焊区,超声波振动没有产生明显影响。Na Cl溶液浸泡试验、析氢试验以及失重试验表明,熔焊区微观组织的细化有利于提高接头耐腐蚀性能。此外,水平方向和垂直方向的超声波振动对接头的组织和性能有相似的影响规律。为进一步改善钛-镁接头的组织和性能,本文对接头进行焊后高能喷丸处理。结果表明,在高能喷丸过程中,高速运动的弹丸撞击接头表面,使接头表层发生塑性变形,可以提高接头的硬度,增加位错密度,从而引起形变强化作用。对于初始状态的钛-镁接头,在熔池的冷却过程中会在接头上表面形成微裂纹,在高能喷丸的作用下,接头表层的塑性变形可以明显改善初始焊接缺陷。此外,接头表层发生的高应变会使位错开始移动,从而发生位错堆积并形成高密度位错。在塑性变形的作用下,大量位错线累积形成亚晶界,最终实现熔焊区晶粒细化。当喷丸压力为0.15MPa时,钛-镁接头焊接强度达到最大值241MPa,断裂发生在镁合金母材区域。同超声波振动辅助工艺类似,高能喷丸处理对接头钎焊区也没有明显影响。