1.2 形状记忆合金的特性与种类 

形状记忆合金是一种具有形状记忆效应和超弹性特性,能感应温度与位移,并能将热能转换为机械能的新型功能材料。相对于普通金属和合金,它具有特殊的形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称为SME)和超弹性（Superelastic，简称为SE）[1]。

SMA在其高温的母相状态下成形后，再急冷至低温的马氏体状态，若在此状态下进行任意的塑性变形,使其形状发生改变后再将其加热到高温母相稳定的温度区，则通过马氏体逆相变可使其恢复到塑性变形前的形状，即恢复到了母材原来的形状。这就是合金对母材的形状记忆效应[2]。如图1-1所示。

图1-1  形状记忆效应示意图

超弹性指处于母相状态的SMA在外力作用下产生的应变远大于其弹性极限应变量，且卸载后应变可自动恢复的现象。如图1-2所示。SE是由SMA的应力诱发下马氏体相变及其逆相变过程中的内耗现象引起的[3]。

图1-2 超弹性示意图

迄今为止已经发现有相当多的材料存在形状记忆效应，但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值，因此获得实际应用的主要有3大类别：TiNi基、Cu基和Fe基合金[4]。TiNi基合金因其良好的形状记忆特性、超弹性、耐磨耐蚀性和高阻尼特性在航空航天、机械电子、能源交通及日常生活等领域得到了广泛应用[5]，而优良的生物相容性能更是使其成为一种理想的生物医用材料[6]，但其价格较贵。Cu基形状记忆合金因其较为低廉的造价、良好的双向形状记忆性能及较好的加工性能，在感温、控温元件、驱动元件等方面获得了应用，其中CuZnAl合金已进入工业应用阶段，CuAlNi合金已接近市场引入阶段[7]。Fe基合金以强度高、塑性好、易于成形加工、记忆性能适中、价格便宜（仅为TiNi基的1/20,Cu基的1/2）、便于常温储存，同时抗拉强度和极化电位与钢铁材料的相匹配，可利用传统的炼钢方法和加工设备批量生产等优点，已在石油、机械、化工等行业得到广泛应用[8]。就应用角度而言，目前所研究的形状记忆合金中，TiNi是记忆性能最好、最稳定、发展最早、研究最全面的合金。

形状记忆合金由于具有的“形状记忆”和“超弹性”两大特殊功能，其应用范围涉及航空航天、机械工业[9,10,11]、电子电器、能源工业、生物医学[12-13]和日常生活[14]等许多领域。

1.3 TiNi形状记忆合金的主要连接技术及其问题

对于TiNi形状记忆合金连接技术的研究，国内外报道的较少，目前仅在摩擦焊、电子束焊、激光焊、电阻焊和钎焊等领域进行了初步的探讨。如今仍没有一项物美价廉的连接技术适合于TiNi合金，这主要是由于不仅要保证TiNi形状记忆合金的焊接接头具有一定的强度和塑性，而且要保持母材原有的形状记忆效应和超弹性性能，所以它比一般材料更难连接，连接工艺受到的限制也更多，因此采用传统的连接方法来连接TiNi形状记忆合金将是十分困难的。寻求一种焊接性能优良、性价比高、生产工艺简单、生产率高、易于自动化生产的连接技术，是国内外焊接工作者一直努力的方向。

在对TiNi系合金进行熔化连接时，焊接过程中主要存在以下问题： 

（1） TiNi 合金经历一个高温过程，在高温下TiNi合金很容易吸收N、O、H等气体并在焊缝中形成脆性化合物；

（2） 根据TiNi 二元合金相图，焊接凝固过程中易析出Ti2Ni、TiNi3等金属间化合物；