通过扩散焊接，在钛片上添加不同形状的铜-钛复合补片来优化其抗拉强度

《Welding in the World》：Optimizing the tensile strength of titanium sheets with various shaped copper-titanium patches via diffusion bonding

裂纹长度及补丁几何形状对钛板修复性能的影响研究。通过铜/钛扩散焊接制备不同形状补丁，发现六边形铜补丁较矩形/圆形提升26.56–35.6%抗裂性，钛补丁强度提升21.44–27.12%。

　　

摘要

本研究探讨了裂纹长度（1–3厘米的中央裂纹）和优化后的加固补片几何形状（铜/钛；矩形/椭圆形/六边形）对2级钛板在准静态拉伸载荷下的力学性能的影响。研究的具体目标如下：（1）通过扩散方法将补片连接到钛板上的中央裂纹和I型裂纹处进行修复；（2）抑制裂纹扩展；（3）恢复钛板的拉伸性能。实验使用了符合ASTM和ASME标准的2级钛基板材（尺寸为0.5×40×50毫米）进行拉伸测试。扩散焊接过程中对两种材料采用了相同的条件：铜的焊接温度为820–850°C（压力为46.8–49.9 MPa），钛的焊接温度为950–980°C（压力为48–50 MPa）。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，材料的微观结构未发生退化或缺陷。研究结果表明：（1）裂纹长度增加会导致钛板的拉伸强度降低；（2）六边形铜补片的性能更优（其抗裂性能比矩形/椭圆形补片高出26.56–35.6%）；（3）钛制补片可使钛板的拉伸性能提升21.44–27.12%。这些发现定量证明了补片几何形状和材料选择共同决定了材料的耐久性：六边形补片是效果最好的形状，其性能提升幅度最大；同时，钛制补片的拉伸强度明显高于铜制补片。未来的研究应进一步探讨材料在循环载荷和环境暴露条件下的性能表现。