專利名稱：一種鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種異種有色金屬的焊接方法，尤其涉及一種鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工程中單獨使用一種材料常常不能滿足實際應(yīng)用中的各種要求。從節(jié)能減排角度出發(fā)，在不同的工作條件下使用不同性能的材料，可滿足不同材料的性能優(yōu)勢，異種輕金屬焊接結(jié)構(gòu)越來越受到人們的重 視。鋁具有比強度高、密度小、耐蝕性好、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好等特點，是主要的輕量化結(jié)構(gòu)材料。鈦合金具有線脹系數(shù)和彈性模量小、耐蝕性優(yōu)良等特性，已大量應(yīng)用于重要承力構(gòu)件。將鈦和鋁連接形成異種輕金屬結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮兩種材料的性能潛力，在艦船、車輛、現(xiàn)代交通等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但是實現(xiàn)鈦合金與鋁的焊接難度很大。I)鈦合金的熔點達到1400°C，純鋁的熔點只有660°C，當(dāng)溫度達到鈦的熔點時，鋁大量燒損蒸發(fā)；2)鈦合金與鋁的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)相差很大，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)分別約是鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)的16倍和3倍，在焊接應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生裂紋；3)鈦與鋁都極易氧化，鈦在600°C以上生成TiO2,鋁和氧作用生成Al2O3氧化膜(熔點2050°C)，在焊縫及界面形成脆性層，增加金屬的脆性。國家發(fā)明專利(ZL200610068957. 5)提出一種鈦與鋁異種有色金屬的擴散連接方法，可以實現(xiàn)鈦與鋁的擴散焊接。但采用這項技術(shù)要求有性能良好的真空擴散焊設(shè)備，對被連接件的表面加工有很高的要求，而且加熱、保溫、冷卻需要較長的時間，焊接效率低，特別是難以實現(xiàn)現(xiàn)場焊接。因此，若能在電弧焊條件下實現(xiàn)對鈦合金與鋁異種輕金屬的焊接，對簡化焊接工藝、提高鈦與鋁焊接效率和降低生產(chǎn)成本將有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有擴散焊技術(shù)連接鈦與鋁異種金屬難以在電弧焊條件下實現(xiàn)的技術(shù)問題，提供一種鈦合金與純鋁異種輕金屬合金的脈沖氬弧焊方法，它具有能夠獲得無裂紋、無脆性相的焊接接頭，能夠滿足鈦合金與純鋁異型結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)中的使用要求等優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。本發(fā)明的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，包括如下步驟
(I)鋁硅合金填充焊絲在施焊前打磨。( 2 )脈沖氬弧焊施焊前，將鈦合金一側(cè)接頭處打磨出倒角，對純鋁一側(cè)接頭處進行刮削，將兩者平板對接。(3)脈沖氬弧焊施焊，所述脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)為基值電流40A 60A、脈沖電流38A 80A、脈沖持續(xù)時間5s 10s、脈沖頻率35Hz 65Hz，焊接電壓8V 16V，氬氣流量6L/min 18L/min,焊槍噴嘴離工件的距離8mm 12mm,焊槍鶴極與焊件之間的夾角是70。 85°。(4)焊接結(jié)束后對焊槍冷卻，冷卻方式優(yōu)選水冷。
所述步驟(I)中可以將打磨后的焊絲用堿洗法清洗，清洗后的焊絲在12h內(nèi)使用； 上述堿洗法清洗步驟是，先用丙酮除去焊絲表面油污，再以體積百分比為15%Na0H溶
液的水溶液，在不低于15°C的室溫條件下清洗IOmin 15min，之后用清水沖洗，然后在體積百分比為30%的硝酸水溶液中清洗，再用水沖洗后，在40°C 60°C條件下烘干。所述步驟(2)脈沖氬弧焊時，采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，保持流通20s 30s，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分，在鈦與鋁接頭處引燃電弧。所述步驟(2 )脈沖氬弧焊收弧時，收弧處增加焊絲填充量直至弧坑填滿，然后控制焊接電流逐漸延時衰減，斷弧后氬氣繼續(xù)流通IOs 20s，以防止鎢極氧化被焊接件放置在充氬保護罩中進行焊接。采用在接頭正反兩面填充IS氣進行保護，IS氣流量為10L/min 15L/min。所述鈦合金為Ti-6A1_4V。所述填充焊絲與焊件之間的夾角為15° 25°。所述鎢極與焊件之間的夾角優(yōu)選為75° 85°。在所述脈沖氬弧焊的焊接中，采用快送和少加焊絲的填絲方法，焊絲端部要始終處于氬氣的保護范圍之內(nèi)，防止氧化膜形成。本發(fā)明涉及的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，采用鋁硅合金焊絲作為填充材料，惰性氣體保護，以脈沖氬弧焊工藝進行焊接。其中，所述的鋁硅合金填充焊絲的化學(xué)成分為Si 4. 5% 6. 0%, Fe O. 8% O. 9%, Cu O. 3% O. 4%, Mn O. 05% O. 08%, Mg O. 05%
O.10%, Zn O. 1% O. 2%, Ti O. 2% O. 3%，余為Al,以質(zhì)量百分比計。填充焊絲直徑為I. Omm I. 2mm,鶴極直徑為I. Omm 2. Omm,端部為錐形。被焊接Ti_6Al_4V鈦合金板的厚度I. Omm 2. Omm,純招板厚度2. Omm 8. Omm。所述惰性氣體是氬氣,其純度大于99. 9%。采用本發(fā)明涉及的鈦合金與純鋁異種金屬的脈沖氬弧焊方法，焊接效率高，應(yīng)用方便靈活，可獲得無裂紋、無脆性化合物的焊接接頭。與常規(guī)鎢極氬弧焊方法相比，本發(fā)明提出的鈦合金與純鋁異種金屬氬弧焊的電弧穩(wěn)定性明顯提高，焊接接頭抗拉強度不低于純鋁母材的抗拉強度，能夠滿足生產(chǎn)中對鈦合金與鋁焊接構(gòu)件的使用要求。本發(fā)明的有益效果是，該焊接工藝具有操作靈活簡單、成本低、便于現(xiàn)場應(yīng)用等特點，適用于鈦合金與純鋁及鋁合金異型接頭的焊接。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I :
Ti-6A1-4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁的脈沖氬弧焊。Ti_6Al_4V鈦合金板尺寸為160mmX 80mm,厚度為I. 5mm ; 1060工業(yè)純招板尺寸為160mmX 80mm,厚度為2mm。具體的鈦合金與純鋁脈沖氬弧焊的工藝步驟如下
(I)采用直徑為I. Omm的鋁硅合金焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。所用的鋁硅合金焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))為Si 5.5%，F(xiàn)e 0.8%，Cu
O.3%, Mn O. 05%, Mg O. 05%, Zn O. 10%, Ti O. 25%，余為 Al。(2)將Ti-6A1_4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁的對接接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出金屬光澤，表面粗糙度達到Ral. 6^3. 2 ；Ti-6Al-4V鈦合金接頭處用細砂輪打磨單面倒角；將Ti-6A1-4V鈦合金板與1060純鋁板水平對接點固，不留間隙。(3)將鈦合金與純鋁被焊接件放置在充氬罩中進行焊接，充氬氣流量12L/min。脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)基值電流40A、脈沖電流55A、脈沖持續(xù)時間8s、脈沖頻率45Hz，焊接電壓12V，氬氣流量12L/min，焊槍噴嘴離工件的距離10mm。鎢極與焊件之間保持80°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。( 4 )焊后對焊槍水冷。獲得的Ti-6A1_4V鈦合金與1060純鋁焊接接頭成形良好。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，滿足被連接件的使用要求。實施例2
Ti-6A1-4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁箱形體角接頭的脈沖氬弧焊。Ti_6Al_4V鈦合金板尺寸為120mmX 120mm，厚度為2. Omm ； 1060工業(yè)純鋁板尺寸為120mmX 120mm，厚度為2mm。具體的鈦合金與純鋁角接頭脈沖氬弧焊的工藝步驟如下
(O采用直徑為I. 2mm的鋁硅合金焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。所用的鋁硅合金焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))為Si 5.5%，F(xiàn)e 0.8%，Cu
O.3%, Mn O. 05%, Mg O. 05%, Zn O. 10%, Ti O. 25%，余為 Al。(2)將Ti-6A1_4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁的對接接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出金屬光澤，表面粗糙度達到Ral. 6^3. 2 ；Ti-6Al-4V鈦合金接頭處用細砂輪打磨單面倒角。將Ti-6A1-4V鈦合金板與1060純鋁板90°角接點固，不留間隙。(3)將鈦合金與純鋁被焊接件放置在充氬罩中進行焊接，充氬氣流量12L/min ；Ti-6A1-4V鈦合金板與1060純招板呈倒船形放置,角接頭在上方,鈦合金板和1060純招板與水平面成45°角。脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)基值電流50A、脈沖電流60A、脈沖持續(xù)時間10s、脈沖頻率55Hz，焊接電壓14V，氬氣流量14L/min，焊槍噴嘴離工件的距離11mm。鎢極與角接焊縫之間保持85°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。( 4 )焊后對焊槍水冷。獲得的Ti-6A1_4V鈦合金與1060純鋁角接接頭成形良好。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好，滿足使用技術(shù)要求。上述雖然結(jié)合附圖
對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，包括如下步驟 (1)鋁硅合金填充焊絲在施焊前用細砂紙打磨； (2)脈沖氬弧焊施焊前，將鈦合金一側(cè)接頭處打磨出倒角，對純鋁一側(cè)接頭處進行刮肖IJ，將兩者平板對接； (3)脈沖氬弧焊施焊，所述脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)為基值電流40A 60A、脈沖電流38A 80A、脈沖持續(xù)時間5s 10s、脈沖頻率35Hz 65Hz，焊接電壓8V 16V，氬氣流量6L/min 18L/min,焊槍噴嘴離工件的距離8mm 12mm,焊槍鶴極與焊件之間的夾角是70。 85° ; (4)焊接結(jié)束后對焊槍冷卻，冷卻方式優(yōu)選水冷。
2.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，將打磨后的焊絲用堿洗法清洗，清洗后的焊絲在12h內(nèi)使用； 上述堿洗法清洗步驟是，先用丙酮除去焊絲表面油污，再以體積百分比為15%NaOH溶液的水溶液，在不低于15°C的室溫條件下清洗IOmin 15min，之后用清水沖洗，然后在體積百分比為30%的硝酸水溶液中清洗，再用水沖洗后，在40°C 60°C條件下烘干。
3.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(2)脈沖氬弧焊時，采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，保持流通20s-30s，在鈦與鋁接頭處引燃電弧。
4.如權(quán)利要求I或3所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(2)脈沖氬弧焊收弧時，收弧處增加焊絲填充量直至弧坑填滿，然后控制焊接電流逐漸延時衰減，斷弧后氬氣繼續(xù)流通IOs 20s。
5.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，被焊接件放置在充氬罩中進行焊接。
6.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，采用在接頭正反兩面填充IS氣進行保護，IS氣流量為10 15L/min。
7.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述鈦合金為Ti-6A1-4V0
8.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述填充焊絲與焊件之間的夾角為15° 25。。
9.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述鎢極與焊件之間的夾角優(yōu)選為75° 85°。
10.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，其特征是，所述焊絲的端部始終處于氬氣的保護范圍之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法，包括如下步驟鋁硅合金填充焊絲在施焊前用細砂紙打磨；脈沖氬弧焊施焊前，將鈦合金一側(cè)接頭處打磨出倒角，對純鋁一側(cè)接頭處進行刮削，將兩者平板對接。脈沖氬弧焊施焊，所述脈沖氬弧焊的焊接參數(shù)為基值電流40A～60A、脈沖電流38A～80A、脈沖持續(xù)時間5s～10s、脈沖頻率35Hz～65Hz，焊接電壓8V～16V，氬氣流量6L/min～18L/min，焊槍噴嘴離工件的距離8mm～12mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是70°～85°。焊接結(jié)束后對焊槍冷卻，冷卻方式優(yōu)選水冷。鈦合金與純鋁的脈沖氬弧焊方法的電弧穩(wěn)定性明顯提高，焊接接頭抗拉強度不低于純鋁母材的抗拉強度，能夠滿足生產(chǎn)中對鈦合金與鋁焊接構(gòu)件的使用要求。
文檔編號B23K35/28GK102615403SQ201210123328
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者劉強, 李亞江, 王娟 申請人:山東大學(xué)