專利名稱：鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TC4雙相鈦合金與鉻青銅合金異種材料電子束焊接方法，屬于異種材 料熔化焊接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
TC4雙相鈦合金是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強度高、塑韌性好、耐熱耐 蝕性好、可加工性好等特點，在航空、航天、車輛工程、生物醫(yī)學工程等領(lǐng)域具有非常重要的 應(yīng)用價值。QCrO. 8鉻青銅合金具有優(yōu)良的導電導熱性能、延展性和優(yōu)良的抗腐蝕性能。因 而在電氣、電子、化工、動力、交通及航空航天等工業(yè)及軍事部門都得到了廣泛的應(yīng)用。異種 材料的焊接日益受到人們的重視。其特點是能夠最大限度地利用材料的各自優(yōu)點滿足現(xiàn)代 生產(chǎn)對材料結(jié)構(gòu)性能多方面的要求，在某些情況下，異種材料的綜合性能甚至超過單一金 屬結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)TC4雙相鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金異種材料的有效連接既能滿足導熱性、 耐磨性、耐蝕性的要求，又能滿足輕質(zhì)高強的要求，在航空航天、造船、儀表等領(lǐng)域必將擁有 廣闊的應(yīng)用前景。但是，鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束焊接焊縫中易形成由金屬間化合物組 成的層狀組織結(jié)構(gòu)，是接頭中的薄弱位置，使接頭抗拉強度降低，目前國內(nèi)外解決這一問題 的合理方法尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束焊接容易產(chǎn)生金屬 間化合物層狀結(jié)構(gòu)的問題。本發(fā)明所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，它的焊接 對象是TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材，所述的TC4雙相鈦合金成分為A1 6. 2% (重量)、V 3. 5% (重量)、雜質(zhì)彡0. 2% (重量)，余量為Ti ；QCrO. 8鉻青銅合金成 分為Cr :0.4 0.7% (重量)、雜質(zhì)<0.8% (重量)，余量為Cu，所述焊接過程為首先對 TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材的對接面之間的縫隙實現(xiàn)電子束焊接，然后 在偏向QCrO. 8鉻青銅合金母材側(cè)、距離對接面0. 2mm 1. 0mm處進行第二次電子束焊接。當所述TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材都是厚度為1. 5mm 5. 0mm 的板材時，本發(fā)明所述的焊接方法的具體步驟為步驟一、對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩塊板材的對接面的相對位置，使得所述兩塊板材的對接面的錯邊 小于0. 2mm,并且兩塊板材的對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定兩塊板材，保 證兩塊板材的相對位置不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩塊板材放入真空室內(nèi)，然后開始抽真空，使 得真空室內(nèi)的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩塊板材的對接面處，從該對接面的一端焊接到另一端；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm，然 后進行第二次焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、停止焊接，待真空室中冷卻8min至12min之后，去真空并取出焊接完成的 試件，完成焊接。當所述TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材都是壁厚為1. 5mm 5. 0mm 的管材時，焊縫為環(huán)形對接焊縫，本發(fā)明所述的焊接方法的具體步驟為步驟一、對待焊接的兩根管材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩根管材的相對位置，使得所述兩根管材的對接面之間的縫隙小于 0. 1mm,并且所述兩根管材的軸線之間的垂直距離小于0. 2mm ；用夾具固定所述兩根管材， 使得所述兩根管材之間的相對位置固定不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩根管材放入真空室內(nèi)并開始抽真空，使真 空室內(nèi)的真空度在5Xl(T2Pa至5Xl(T4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩種管件的對接面處，沿對接面的環(huán)形縫隙進行 環(huán)形焊接，焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 15mA 50mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm， 然后開始第二次環(huán)形焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟六、停止焊接，真空室冷卻8min至12min之后，再去真空并取出焊接完成的試 件，完成焊接。采用常規(guī)的電子束焊接方法對TC4雙相鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金進行焊接接 頭強度較低，僅為同時QCrO. 8鉻青銅合金母材的40%左右。本發(fā)明與常規(guī)焊接方法不同 之處在于利用疊加焊接的方法，分別對TC4雙相鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金的對接面、以 及偏向QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)一定距離進行電子束焊接，一方面可以使TC4雙相鈦合金與 QCrO. 8鉻青銅合金焊縫形成良好的冶金結(jié)合，接頭沒有氣孔、裂紋等焊接缺陷；另一方面 能夠?qū)⒑缚p與QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)形成的金屬間化合物層狀結(jié)構(gòu)減弱或消除，獲得連續(xù) 分布的焊縫組織，從而可將接頭抗拉強度提高到QCrO. 8鉻青銅合金母材的70%以上。本發(fā)明所述的電子束疊加焊接方法實現(xiàn)TC4/QCrO. 8異種材料的焊接方法，通過 設(shè)計電子束聚焦焊接位置，并利用疊加焊接的方法，有效的改善了焊接接頭組織結(jié)構(gòu)，減少 甚至消除了金屬間化合物的不利影響，提高了接頭的抗拉強度。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊 加焊接方法，它的焊接對象是TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材，所述的TC4 雙相鈦合金成分為A1 6. 2% (重量)、V:3.5% (重量)、雜質(zhì)<0.2% (重量)，余量為Ti ； QCrO. 8鉻青銅合金成分為Cr:0. 4 0.7% (重量)、雜質(zhì)<0.8% (重量)，余量為Cu，所述焊接過程為首先對TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材的對接面之間的縫隙 實現(xiàn)電子束焊接，然后在偏向QCrO. 8鉻青銅合金母材側(cè)、距離對接面0. 2 1. 0mm處進行 第二次電子束焊接。
具體實施方式
二 本實施方式是具體實施方式
一所述的一種鉻青銅與雙相鈦合 金異種材料電子束疊加焊接方法的一個實施例，本實施方式中，TC4雙相鈦合金母材與 QCrO. 8鉻青銅合金母材都是厚度為1. 5mm 5. 0mm的板材，本實施方式的焊接過程為步驟一、對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩塊板材的對接面的相對位置，使得所述兩塊板材的對接面的錯邊 小于0. 2mm,并且兩塊板材的對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定兩塊板材，保 證兩塊板材的相對位置不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩塊板材放入真空室內(nèi)，然后開始抽真空，使 得真空室內(nèi)的真空度在5X 10_2Pa至5X 10_4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩塊板材的對接面處，從該對接面的一端焊接到 另一端；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm，然 后進行第二次焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、停止焊接，待真空室中冷卻8min至12min之后，去真空并取出焊接完成的 試件，完成焊接。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金 異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，步驟一中所述的對待焊接的TC4雙相鈦合金板 材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理是指對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8 鉻青銅合金板材的焊接面及其附近區(qū)域進行機械打磨和化學清洗。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金 異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，步驟二中所述的用夾具固定兩塊板材的固定方 式為上表面加載方式?？梢苑謩e對兩塊板材的兩端施加壓力，進而保證焊接過程中兩塊板 材不發(fā)生相對移動。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二所述的一種鉻青銅與雙相鈦合 金異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，本實施方式所述的焊接對象的板材厚度為 1. 5mm 3. 0mm ；在步驟四中，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦位置向 QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)移動0. 2mm 0. 6mm ；第二次焊接的焊接速度為8mm/s 12mm/s。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
二所述的一種鉻青銅與雙相鈦合 金異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于本實施方式所述的焊接對象的板材厚度為 3. 0mm 5. 0mm ；在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟 五中，電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)移動0. 6mm 1. 0mm ；第二次焊接的電子束 流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
具體實施方式
七本實施方式是具體實施方式
一所述的一種鉻青銅與雙相鈦合 金異種材料電子束疊加焊接方法的一個實施例，本實施方式中，TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材都是壁厚為1. 5mm 5. Omm的管材，該方法的焊縫為環(huán)形對接焊縫， 具體過程為步驟一、對待焊接的兩根管材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩根管材的相對位置，使得所述兩根管材的對接面之間的縫隙小于 0. 1mm,并且所述兩根管材的軸線之間的垂直距離小于0. 2mm ；用夾具固定所述兩根管材， 使得所述兩根管材之間的相對位置固定不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩根管材放入真空室內(nèi)并開始抽真空，使真 空室內(nèi)的真空度在5Xl(T2Pa至5Xl(T4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩種管件的對接面處，沿對接面的環(huán)形縫隙進行 環(huán)形焊接，焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 15mA 50mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm， 然后開始第二次環(huán)形焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟六、停止焊接，真空室冷卻8min至12min之后，再去真空并取出焊接完成的試 件，完成焊接。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金 異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，步驟一中所述的對待焊接的兩根管材進行預處 理是指對對待焊接的兩根管材的焊接面及其附近區(qū)域進行機械打磨和化學清洗。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
七所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金 異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，步驟二中所述的用夾具固定所述兩根管材采用 兩端均勻加載的固定方式。可以分別對兩種材料管件的端點施加壓力，保證焊接過程中試 件不發(fā)生移動。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
七所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金 異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，所述的兩根管材的壁厚為1. 5mm 3. 0mm ；在步 驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦 位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側(cè)移動0. 2mm 0. 6mm，在所述第二次焊接中，電子束流為 12mA 25mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
七所述的一種鉻青銅與雙相鈦合 金異種材料電子束疊加焊接方法的區(qū)別在于，所述的兩根管材的壁厚為3. 0mm 5. 0mm ；在 步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦 位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側(cè)移動0. 6mm 1. 0mm，在所述第二次焊接中，電子束流為 25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
權(quán)利要求
鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，它的焊接對象是TC4雙相鈦合金母材與QCr0.8鉻青銅合金母材，其特征在于所述的TC4雙相鈦合金成分為A16.2％(重量)、V3.5％(重量)、雜質(zhì)≤0.2％(重量)，余量為Ti；QCr0.8鉻青銅合金成分為Cr0.4～0.7％(重量)、雜質(zhì)≤0.8％(重量)，余量為Cu，所述焊接過程為首先對TC4雙相鈦合金母材與QCr0.8鉻青銅合金母材的對接面的縫隙實現(xiàn)電子束焊接，然后在偏向QCr0.8鉻青銅合金母材側(cè)、距離對接面0.2mm～1.0mm處進行第二次電子束焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，所述TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材都是厚度為1. 5mm 5. 0mm 的板材，焊接過程為步驟一、對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩塊板材的對接面的相對位置，使得所述兩塊板材的對接面的錯邊小于 0. 2mm，并且兩塊板材的對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定兩塊板材，保證兩 塊板材的相對位置不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩塊板材放入真空室內(nèi)，然后開始抽真空，使得真 空室內(nèi)的真空度在5Xl(T2Pa至5Xl(T4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩塊板材的對接面處，從該對接面的一端焊接到另一 端；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm，然后進 行第二次焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA， 焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、停止焊接，待真空室中冷卻8min至12min之后，去真空并取出焊接完成的試 件，完成焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，步驟一中所述的對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行 預處理是指對待焊接的TC4雙相鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材的焊接面及其附近 區(qū)域進行機械打磨和化學清洗。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，步驟二中所述的用夾具固定兩塊板材的固定方式為上表面加載方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，所述焊接對象的板材厚度為1. 5mm 3. 0mm ；在步驟四中，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)移動0. 2 0. 6mm ；第二次焊 接的焊接速度為8mm/s 12mm/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，所述焊接對象的板材厚度為3. 0mm 5. 0mm ；在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金側(cè)移 動0. 6mm 1. 0mm ；第二次焊接的電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，所述TC4雙相鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材都是壁厚為1. 5mm 5. 0mm的管材，焊縫為環(huán)形對接焊縫，焊接的具體過程為 步驟一、對待焊接的兩根管材進行預處理；步驟二、調(diào)節(jié)兩根管材的相對位置，使得所述兩根管材的對接面之間的縫隙小于 0. 1mm,并且所述兩根管材的軸線之間的垂直距離小于0. 2mm ；用夾具固定所述兩根管材， 使得所述兩根管材之間的相對位置固定不變；步驟三、將步驟二獲得的固定完成的兩根管材放入真空室內(nèi)并開始抽真空，使真空室 內(nèi)的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa之間；步驟四、焊接，將電子束聚焦在兩種管件的對接面處，沿對接面的環(huán)形縫隙進行環(huán)形焊 接，焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為15mA 50mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側(cè)移動0. 2mm 1. 0mm，然后開 始第二次環(huán)形焊接，此次焊接的加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟六、停止焊接，真空室冷卻8min至12min之后，再去真空并取出焊接完成的試件， 完成焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，其 特征在于，步驟二中所述的用夾具固定所述兩根管材采用兩端均勻加載的固定方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法， 其特征在于，所述的兩根管材的壁厚為1.5mm 3. 0mm;在步驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管 件側(cè)移動0. 2mm 0. 6mm,在所述第二次焊接中，電子束流為12mA 25mA，焊接速度為8mm/ s 12mm/ s。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法， 其特征在于，所述的兩根管材的壁厚為3. 0mm 5. 0mm ；在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟五中，電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件 側(cè)移動0. 6mm 1. 0mm，在所述第二次焊接中，電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/ s 8mm/ s。
全文摘要
鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束疊加焊接方法，屬于異種材料熔化焊接領(lǐng)域。本發(fā)明的目的在于解決鉻青銅與雙相鈦合金異種材料電子束焊接容易產(chǎn)生金屬間化合物層狀結(jié)構(gòu)的問題。本發(fā)明與常規(guī)焊接方法不同之處在于利用疊加焊接的方法，分別對TC4雙相鈦合金與QCr0.8鉻青銅合金的對接面以及偏向QCr0.8鉻青銅合金側(cè)一定距離進行電子束焊接。本發(fā)明所述的方法一方面可以使TC4雙相鈦合金與QCr0.8鉻青銅合金焊縫形成良好的冶金結(jié)合，接頭沒有氣孔、裂紋等焊接缺陷；另一方面能夠?qū)⒑缚p與QCr0.8鉻青銅合金側(cè)形成的金屬間化合物層狀結(jié)構(gòu)減弱或消除，獲得連續(xù)分布的焊縫組織，從而可將接頭抗拉強度提高到QCr0.8鉻青銅合金母材的70％以上。
文檔編號B23K15/00GK101913021SQ20101027813
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者馮吉才, 劉偉, 宋國新, 張秉剛, 陳國慶 申請人:哈爾濱工業(yè)大學