Invar合金焊接技術研究現狀及展望*

（上海工程技術大學材料工程學院，上海 201620）

近年來先進復合材料（主要是碳纖維增強樹脂基復合材料）大量應用于大型飛機制造中，如機翼、水平尾翼、機身、整流罩等主要結構件。碳纖維增強復合材料組件在剛性模具中固化成型，通過加熱（177℃）和加壓以形成致密和精準的零部件。復合材料尺寸要求嚴格，因此對成型模具要求尤為苛刻。Invar合金具有與復合材料相近的低熱膨脹系數、良好的尺寸穩定性，已成為波音等大型飛機制造公司制造復合材料模具的首選材料[1]。Invar合金廣泛用于天平、彩電蔭罩、精密測量儀器、海底天然氣運輸管道、傳輸電路等領域，目前應用最廣泛的是LNG 液化天然氣運輸船和復合材料成型模具制造。

焊接是材料重要加工工藝之一，國外Invar合金焊接技術研究在20世紀60年代開始出現，國內Invar合金焊接技術的研究主要在2000年以后，相比于國外仍有一定的差距。隨著Invar合金應用越來越廣泛以及服役環境越來越復雜，Invar合金焊接質量要求越來越高，焊縫不僅需要滿足低膨脹性還需要具備一定硬度、強度、韌性等優良的力學性能。總體來說，目前國內外Invar合金焊接方法不夠全面，焊接返工率較高，質量需要進一步提高。

1 Invar合金特性

1896年法國物理學家紀堯姆發現：當Fe-Ni合金鎳含量為36%時，常溫（-80～230℃）內表現出極小的熱膨脹系數。這種膨脹量近乎不變的（Invariable）的合金被命名為Invar合金。與普通金屬隨溫度上升而熱膨脹系數線性增加不同，以Invar合金為代表的Fe-Ni、Fe-Ni–Co合金在一定的溫度范圍內，膨脹系數曲線呈現平坦的低膨脹系數曲線和較陡的高膨脹系數曲線兩個部分，折線的轉折點為居里溫度點，這現象稱為“Invar 反常”也叫Invar 效應。……