專利名稱：：用于鈦合金與鋼連接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于焊接
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法。
背景技術(shù)：
：鈦及鈦合金比強(qiáng)度高、耐蝕性能好，在航空、航天、核工業(yè)、石油、化工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著鈥合金應(yīng)用的日益增多，鈦與其它金屬的焊接，尤其是鈦合金與鋼的連接與復(fù)合已經(jīng)成為需要解決的基本問題。在鈦合金與鋼的焊接過(guò)程中，一方面由于二者線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率相差較大，在焊接加熱和冷卻過(guò)程中變形不同，導(dǎo)致接頭形成較大內(nèi)應(yīng)力；另一方面，由于鈦和鐵之間的固溶度很小，在焊接接頭容易形成脆性的金屬間化合物，如TiFe、TiFe2、ci相等。另外，鋼中的碳易與鈦形成脆性的間隙相TiC。這些脆性相的形成，降低了異種金屬焊接接頭的接合強(qiáng)度以及塑性、韌性。美國(guó)的《焊接科學(xué)與技術(shù)》中公開了一種采用鉤極氬弧焊連接鈦合金與一種低碳鋼，在鈦合金與低碳鋼的焊縫中存在脆硬的(Fe，Ti,V)三元相，難以實(shí)現(xiàn)鋼與鈦合金的熔焊。(作者瑪亞等。"鈦與鋼焊接用焊絲研究"。焊接科學(xué)與技術(shù)，2001(4)，P240-246)(M.MaryaandS.Liu."Searchforfillermetalforweldingofferrousalloystotitanium".ScienceandTechnologyofWeldingandJoining,2001，Vol.6(4):p240-246)Nb作為填充材料進(jìn)行真空電子束焊或作為中間擴(kuò)散層進(jìn)行擴(kuò)散焊已見報(bào)道(李亞江，王娟，劉鵬。"異種難焊材料的焊接及應(yīng)用"?；瘜W(xué)工業(yè)出版社，2004年P(guān)186-188)，但并未給出釆用Nb做填充材料利用電子束焊及擴(kuò)散焊的接頭性能數(shù)據(jù)。釆用中間層Nb進(jìn)行真空電子束焊在工藝上較難控制，且需要特種設(shè)備，工藝較復(fù)雜；對(duì)于擴(kuò)散焊，需要加壓，對(duì)設(shè)備也有一定的要求，工藝相對(duì)也比較復(fù)雜。釆用熔焊與釬焊相結(jié)合的方法，兩種方法均為常規(guī)焊接方法，操作簡(jiǎn)便易行，無(wú)需專用焊接設(shè)備。此外，Ti與Nb無(wú)限互溶，利用常規(guī)熔焊方法可以很容易實(shí)現(xiàn)二者的連接，而Nb與鋼中的Fe、Ni均能生成一定的金屬間化合物相而影響接頭性能。若Nb與鋼側(cè)釆用熔焊，高溫下熔池中的Nb-Fe、Nb-Ni反應(yīng)劇烈。而釆用溫度較低的釬焊方法，在母材和Nb中間層不熔化的情況下，能夠相對(duì)抑制Nb-Fe、Nb-Ni之間的反應(yīng)，從而減少金屬間化合物的生成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種避免熔焊及釬焊引起的界面裂紋、保證在低于絕大多數(shù)鈦合金(3相轉(zhuǎn)變溫度下進(jìn)行連接并能避免高溫連接對(duì)鈦合金母材性能損傷的用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行釬焊。鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行真空釬焊。所述釬焊的釬料為銅錳基釬料或銀銅鈦釬料，其中，銀銅鈦釬料成分為銅含量的重量百分比為25%~40%，鈥含量的重量百分比不大于7%,余量為銀；銅錳基釬料為銅錳鎳釬料和銅錳鈷釬料兩種，銅錳鎳釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%,鎳含量的重量百分比為4%~22%，余量為銅；銅錳鈷釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%,鈷含量的重量百分比為4%~10%，余量為銅。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明提出使用Nb作為中間層，利用熔焊和釬焊分別對(duì)Nb和鈦合金和鋼兩種母材焊接的辦法，阻隔了兩種母材中鈦和鐵的直接接觸，避免了鈦合金和鋼直接焊接時(shí)形成脆性相從而造成裂紋。采用銅錳基釬料和銀銅鈦釬料釬焊Nb與鋼，選擇的釬料所對(duì)應(yīng)的釬焊溫度避免了對(duì)鈦合金母材性能的損傷。本發(fā)明提出使用低鈦含量的銀銅鈦釬料合金釬焊Nb與鋼，利用鈥的活性促進(jìn)Nb與釬料發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)釬料中鈦含量較低還避免了過(guò)多的鈥與鋼中的鐵發(fā)生反應(yīng)形成脆性相，兩種原因的綜合使得利用該釬料釬焊的接頭性能較高。接頭的室溫拉伸強(qiáng)度可以提高到266.6MPa圖1是采用Cu-Mn26-Nil0(wt.%)釬料在960°C/10min的釬焊條件下獲得的Nb與0Crl7Ni4Cu4Nb接頭組織背散射電子像。圖2是釆用Cu-Mn24-Co5(wt.%)釬料在960°C/10min的釬焊條件下獲得的Nb與0Crl7Ni4Cu4Nb接頭組織背散射電子像。圖3是釆用Ag-Cu35.2-TiL8(wt.%)釬料在910°C/15min的釬焊條件下獲得的Nb與0Crl7Ni4Cu4Nb接頭組織背散射電子像。圖4是釆用Ag-Cu27.5-Ti4.4(wt.W釬料在910°C/15min的釬焊條件下獲得的Nb與0Crl7Ni4Cu4Nb接頭組織背散射電子像。具體實(shí)施例方式鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行釬焊。鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行真空釬焊。所述釬焊的釬料為銅錳基釬料或銀銅鈦釬料，其中，銀銅鈦釬料成分為銅含量的重量百分比為25%~40%，鈦含量的重量百分比不大于7%,余量為銀；銅錳基釬料為銅錳基鎳釬料和銅錳基鈷釬料兩種，銅錳基鎳釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%，鎳含量的重量百分比為4%~22%,余量為銅；銅錳基鈷釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%，鈷含量的重量百分比為4%~10%,余量為銅。本發(fā)明使用Nb做中間層，在鈦合金與Nb中間層用氬弧焊實(shí)現(xiàn)連接，Nb中間層與鋼之間用釬焊實(shí)現(xiàn)連接。具體實(shí)施方式是對(duì)鈥合金與Nb用填充鈦焊絲在充氬箱中氬弧焊實(shí)現(xiàn)連接，Nb與鋼側(cè)用下述釬料其中之一進(jìn)行真空釬焊(1)銅錳基釬料，為銅錳基鎳釬料和銅錳基鈷釬料兩種，其中銅錳基鎳釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%,鎳含量的重量百分比為4%~22%，余量為銅；銅錳基鈷釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%,鈷含量的重量百分比為4%~10°/，余量為銅。(2)銀銅鈥釬料，其中銅含量的重量百分比為25%~40%,含鈥量不大于7%,余量為銀。使用上述釬焊方法時(shí)，推薦的釬料為銅錳基釬料，使用形式為粉狀，推薦的最佳釬焊工藝參數(shù)為釬焊溫度900980°C，釬焊保溫時(shí)間0~60miri;推薦的釬料為銀銅鈦釬料，使用形式為箔狀，推薦的最佳釬焊工藝參數(shù)為釬焊溫度800~960°C，釬焊保溫時(shí)間0~60min。具體工藝步驟如下(1)熔焊前裝配利用夾具將鈦合金與Nb中間層進(jìn)行定位；(2)熔焊鈦合金與Nb中間層定位完成后連同夾具一起放入充氬箱中，填充Ti焊絲實(shí)現(xiàn)鈦合金與Nb的連接；(3)釬焊前裝配利用夾具將熔焊好的鈦合金+Nb與鋼進(jìn)行定位，在連接界面處加入釬料；(4)加熱將定位好的焊件放入真空加熱爐中，待真空度不低于3xl0—2pa后，以5~18K/min的升溫速度加熱，對(duì)于銅錳基釬料，加熱至90098(TC,保溫0-60min;對(duì)于銀銅鈥釬料，加熱至800-960°C,保溫0~60tnin;(5)冷卻隨爐冷卻至室溫。表1給出本發(fā)明對(duì)鈦合金+Nb與鋼釬焊的實(shí)施例，包括使用的釬料、釬焊工藝、鈦合金TC4+Nb與鋼0Crl7Ni4Cu4Nb連接接頭的室溫拉伸強(qiáng)度。表l鈦合金+Nb與鋼釬焊的實(shí)施例<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>所有接頭全部斷于Nb與鋼的連接界面(參見附圖l、2、3、4)。對(duì)比接頭性能數(shù)據(jù)，釆用Ag-Cu35.2-Til.8釬料的接頭性能數(shù)據(jù)最高，達(dá)到266.6MPa,而釆用Ag-Cu27.5-Ti4.4的接頭性能數(shù)據(jù)較低，為125~160.6MPa。兩種銅錳鎳和銅錳鈷釬料釬焊的接頭強(qiáng)度介于兩種銀銅鈦釬料的接頭強(qiáng)度之間。權(quán)利要求1.一種用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法，其特征在于，鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行釬焊。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法，其特征在于，鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行真空釬焊。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法，其特征在于，所述釬焊的釬料為銅錳基釬料或銀銅鈦釬料，其中，銀銅鈦釬料成分為銅含量的重量百分比為25%~40%，鈦含量的重量百分比不大于7%，余量為銀；銅錳基釬料為銅錳鎳釬料和銅錳鈷釬料兩種，銅錳鎳釬料的成分為錳含量的重量百分比為20%~30%,鎳含量的重量百分比為4%~22%,余量為銅；銅錳鈷釬料的成分為錳含量的重量百分比為20°/。~30%,鈷含量的重量百分比為4%-10%,余量為銅。全文摘要本發(fā)明屬于焊接
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種用于鈦合金與鋼焊接的氬弧焊-釬焊復(fù)合焊接方法。鈦合金與鋼焊接時(shí)，用Nb作為中間層，先在充氬箱中使用鈦焊絲對(duì)鈦合金和Nb中間層進(jìn)行氬弧焊接，再對(duì)鈦合金+Nb中間層與鋼進(jìn)行釬焊。本發(fā)明提出使用Nb作為中間層，利用熔焊和釬焊分別對(duì)Nb和鈦合金和鋼兩種母材焊接的辦法，阻隔了兩種母材中鈦和鐵的直接接觸，避免了鈦合金和鋼直接焊接時(shí)形成脆性相從而造成裂紋。采用銅錳基釬料和銀銅鈦釬料釬焊Nb與鋼，選擇的釬料所對(duì)應(yīng)的釬焊溫度避免了對(duì)鈦合金母材性能的損傷。文檔編號(hào)B23K9/16GK101284336SQ20081011077公開日2008年10月15日申請(qǐng)日期2008年5月30日優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日發(fā)明者雷葉,欣吳,媛周,李曉紅,唯毛,熊華平,程耀永,波陳申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司北京航空材料研究院