摘要
NiTi形状记忆合金由于具有优异的形状记忆效应与超弹性广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。然而，NiTi合金的应用前景受制于其可加工性差、价格昂贵等缺点，而与不锈钢进行异种连接是解决该困境的有效途径。常见的熔焊方法等会在焊缝中产生脆性中间相从而损害接头性能，因而需要开发一种热输入小的固相焊方法来连接NiTi合金与不锈钢。而超声波焊接具有热输入小的特点，因此十分适合连接NiTi合金与不锈钢箔材。本文采用超声波焊接实现了NiTi形状记忆合金与304不锈钢的有效连接，并通过添加铝箔、铜箔中间层来强化接头力学性能，研究了焊接工艺参数对焊接热循环、焊缝表面形貌、接头力学性能、界面微观结构的影响，研究结果如下： 采用超声波焊接可以实现NiTi合金与304不锈钢箔片的有效连接，正交试验结果表明，焊接振幅对接头力学性能影响最为显著。焊接振幅的增加会导致界面产热增加、焊缝表面氧化增加、界面连接线密度（LinearWeldDensity）增加，最终提高接头拉伸强度，但界面仍存在大量未连接区域，接头力学性能较低，拉伸时试样为界面断裂模式，在焊缝中未检测到脆性中间相的生成。 为提高接头力学性能，采用添加铝箔中间层作为强化手段。在适当的焊接振幅和焊接压力下，接头拉伸性能随着焊接能量的增加存在极大值，接头断裂模式由界面断裂过渡至焊缝边缘断裂最终转变为界面断裂。增加焊接能量能有效提高界面产热，从而导致接头表面氧化程度加重。铝箔的添加使界面结合紧密，界面呈现“双界面”形态，且无裂纹、空隙等缺陷。界面机械互锁程度、原子扩散距离随着焊接能量的增加而增加。接头室温下在低焊接能量下无脆性相生成，而在过高的焊接能量下会产生Fe4Al13中间相，损害接头性能。Fe4Al13相的生成热力学分析证实了验证了这一结果。 为抑制接头金属间化合物的生成，采用添加铜箔中间层作为强化手段。结果表明，焊接能量的提高能提高界面产热，使界面连接线密度增加，适中的焊接能量下接头无空隙缺陷，但过低的焊接能量使界面产生大量未结合区域，而过高的焊接能量会导致母材过分减薄与焊接裂纹，损害接头性能。添加铜箔中间层的界面呈现“双界面”形态，原子扩散在NiTi合金与不锈钢直接接触的界面显著增强。接头断口均呈现界面模式，室温下额外无脆性相生成。
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