專利名稱：電阻焊制備ta2/q235復(fù)合板的方法及焊接材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法，本發(fā)明還涉及該方法所使用的焊接材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鈦及其合金比強(qiáng)度高，耐蝕性能好，是重要的宇航結(jié)構(gòu)材料。但因鈦金屬價(jià)格較高，限制了其進(jìn)ー步的發(fā)展應(yīng)用。鋼的價(jià)格低廉，具有良好的熱電性能及力學(xué)性能。在某些情況下，需要兼有鈦合金與不銹鋼的優(yōu)良特性的異種材料連接件，如核動(dòng)カ裝置中核燃料后處理設(shè)備中的某些零件、衛(wèi)星燃料噴注器及姿態(tài)推動(dòng)控制系統(tǒng)中的部件等，近來又在嘗試用作海洋結(jié)構(gòu)件如跨海大橋的橋柱及超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)的防腐蝕襯板，襯板幾乎都是用鈦包覆鋼。鈦ー鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)價(jià)格相當(dāng)于鈦材的25 35%。鈦ー鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)既充分發(fā)揮基層和覆層各自材料的優(yōu)點(diǎn)，也是節(jié)約貴金屬最好的途徑，在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、 降低成本等方面具有明顯的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鈦ー鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用勢必涉及到鈦與鋼的焊接問題。由于鈦和鋼之間的線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等物理和化學(xué)性能存在較大差異，焊接過程中極易形成裂紋，焊縫形成大量硬脆的金屬間化合物(TiFeJiFe2)及鈦與碳生成脆性化合物TiC，焊接接頭強(qiáng)度較低。鈦與鋼的焊接難度較大。鈦/鋼焊接難題多年來一直未能得到有效地解決，制約了鈦ー鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域的推廣及廣泛應(yīng)用。目前，研究鈦/鋼焊接的主要方法是熔化焊、壓カ焊(包括擴(kuò)散焊和爆炸焊)和釬焊。這幾種方法均能將鈦/鋼焊在一起，但上述方法或因焊接エ藝很難以控制、或因脆性金屬間化合物導(dǎo)致接頭性能不佳而使其不能廣泛應(yīng)用于エ業(yè)生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)或因焊接エ藝很難以控制、或因脆性金屬間化合物導(dǎo)致接頭性能不佳的問題。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供ー種上述方法所使用的焊接材料。本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供ー種上述焊接材料的制備方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法，在TA2待焊板材與Q235待焊板材之間放置折疊為多層的中間層合金箔材，采用電阻點(diǎn)焊方式進(jìn)行焊接操作，實(shí)現(xiàn)TA2/Q235板材的焊接；所述的中間層合金，由以下組分按原子百分比組成Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，Al 20 25%，Ni 30 35%，Cu 30 35%，合計(jì) 100%。本發(fā)明所采用的第二個(gè)技術(shù)方案是，ー種上述的方法所用的焊接材料，由以下組分按原子百分比組成Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，Al 20^25%, Ni 30^35%, Cu 30 35%，合計(jì) 100%。本發(fā)明所采用的第三個(gè)技術(shù)方案是，ー種上述的焊接材料的制備方法，按照以下步驟實(shí)施步驟I、利用真空電弧爐熔配母合金
按原子百分比稱量好以下各種高純金屬，Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，A120 25%，Ni30 35%，Cu 30 35%，合計(jì)100% ;將稱量好的組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金；步驟2、應(yīng)用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5-8m/s，將上步得到的母合金制備成中間層合金箔材，所制備得到的中間層合金箔材厚度為10(Γ200μηι,寬3 7mm,長O. 5 I. Om,即成。本發(fā)明的有益效果是，該中間層高熵化電阻焊方法，焊接過程方便易行，焊接對象適應(yīng)性廣；本發(fā)明的中間層焊接材料具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦ー鋼復(fù)合結(jié)構(gòu) ，易于加工成型，便于焊接裝配；該中間層焊接材料的制備方法步驟簡單，容易操作，制作成本低，便于推廣。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法是在兩塊待焊板材(TA2待焊板材與Q235待焊板材)之間放置折疊過的中間層合金箔材，(即一定厚度的經(jīng)過嚴(yán)格成分設(shè)定的中間層合金)，采用電阻點(diǎn)焊方式進(jìn)行焊接操作，使得界面電阻熱熔化中間層合金及局部母材，熔化金屬相混融，其熔融金屬處在中間層合金成分范圍，凝固后形成具有単相固溶體結(jié)構(gòu)、而無金屬間化合物產(chǎn)生的高熵焊接焊縫(熔核),實(shí)現(xiàn)TA2/Q235板材的高性能焊接。本發(fā)明方法中所使用的中間層合金(焊接材料)，由以下組分按原子百分比組成Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，Al 20 25%，Ni 30 35%，Cu 30 35%，合計(jì)100%。該中間層合金本身為高墑合金，其熔點(diǎn)高于母材，與傳統(tǒng)電阻釬料原理不同。焊后所形成的焊縫金屬亦為高墑合金，只是焊縫中的Ti、Fe含量顯著高于中間層合金。在本發(fā)明的中間層合金成分中，對各化學(xué)元素的組成及含量限定理由是為了提高TA2/Q235接頭的綜合力學(xué)性能，中間層合金主元選擇Ti-FeCu-Ni-Al五主元系合金。主要原因有三點(diǎn)①焊接過程中母材熔化并向中間層熔化形成的液態(tài)熔池中的溶解不可避免，為預(yù)防焊縫產(chǎn)生脆性金屬間化合物起見，中間層須含有Ti、Fe等主元 級為了獲得具有單相fee固溶體微結(jié)構(gòu)的高性能焊縫，中間層合金中須添加Cu、Ni作為主要組元；③通過在合金中添加Al元素，形成中間層合金，改善焊縫與鈦母材的熔合性。本發(fā)明焊接方法中所使用的中間層合金的制備方法，按照以下步驟實(shí)施步驟I、利用超高真空電弧爐熔配母合金按原子百分比稱量好以下各種高純金屬，Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，A120 25%，Ni30^35%, Cu 3(Γ35%，合計(jì)100%，將上述的原子百分比換算成質(zhì)量百分比，按質(zhì)量百分比稱量好各種高純金屬；所有各種高純金屬的純度均高于99. 99%，將稱量好的組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金；步驟2、應(yīng)用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5-8m/s，將上步得到的母合金制備成中間層合金箔材，所制備得到的中間層合金箔材厚度為10(Γ200μηι,寬3 7mm,長O. 5 I. Om,即成。使用上述制備的中間層合金箔材焊接TA2與Q235的試樣接頭，裝配時(shí)先將折疊好的箔材置于待焊TA2板與Q235板之間，(箔材疊成復(fù)層，具體層數(shù)視箔材厚度而定)，然后按照常規(guī)電阻點(diǎn)焊方法對裝配好了的接頭進(jìn)行焊接。使用本發(fā)明的中間層合金箔材進(jìn)行TA2板與Q235板材實(shí)施電阻點(diǎn)焊，與現(xiàn)有點(diǎn)焊エ藝操作條件相似，エ藝簡單，操作方便。表I中列舉了中間層合金實(shí)施例f 3中的各個(gè)組分含量。表2中列舉了使用實(shí)施例f 3焊后所獲得的焊縫金屬的各主元含量。表I中間層合金實(shí)施例廣3中的各個(gè)組分含量表
各個(gè)組分含量r ^,
Ti Fe Cu Ni Al
(at%)___
實(shí)施例I5 5 30 30 30______
實(shí)施例 210 10 30 30 20
實(shí)施例38 7 30 35 20表2使用實(shí)施例f 3焊后所獲得的焊縫金屬的各主元含量表
焊縫各元素含量Tl Fe Cu M A1
實(shí)施例 I22 25 25 18 10------
實(shí)施例 225 28 22 17 8
實(shí)施例 323 25 24 21 7實(shí)施例I依照表I中的數(shù)據(jù)選取各組分元素含量，并按照上述步驟制備出厚度為150μπι，寬5mm，長O. 5m的Ti5Fe5A130Ni30Cu30中間層中間層合金箔材。應(yīng)用折疊過的中間層合金箔材作為中間層，對TA2與Q235進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，獲得焊接接頭的拉剪強(qiáng)度約281MPa。實(shí)施例2依照表I中實(shí)施例2的數(shù)據(jù)選取各組分元素及含量，將輥面線速度控制在5m/s，制備出厚約13(^111，寬約5111111，長約0.8111的111(^1(^120附30(1130中間層合金箔材。應(yīng)用折疊過的中間層合金箔材作為中間層，對TA2與Q235進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，獲得焊接接頭的拉剪強(qiáng)度約 298MPa。實(shí)施例3 :按照上述實(shí)施例I的步驟，依照表I中實(shí)施例2的數(shù)據(jù)選取各組分元素及含量，將輥面線速度控制在5m/s，制備出厚約130 μ m,寬約5mm，長約O. 8m的Ti8Fe7A120Ni35Cu30中間層合金箔材。應(yīng)用折疊過的中間層合金箔材作為中間層，對TA2與Q235進(jìn)行電阻點(diǎn)焊，獲得焊接接頭的拉剪強(qiáng)度約296MPa。綜上所述，本發(fā)明的中間層合金，柔韌性能好，便于加工和裝配；在焊接時(shí)與鈦和合金鋼的匹配性好、焊縫(熔核)為單相fee固溶體組織，接頭綜合機(jī)械性能顯著提高；該種中間層合金箔材的制備方法，エ藝簡單，制作成本低，便于推廣。
權(quán)利要求
1.一種電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法，其特征在于在TA2待焊板材與Q235待焊板材之間放置折疊為多層的中間層合金箔材，采用電阻點(diǎn)焊方式進(jìn)行焊接操作，實(shí)現(xiàn)TA2/Q235板材的焊接； 所述的中間層合金，由以下組分按原子百分比組成=Ti 5 10%，F(xiàn)e5 10%，Al 20 25%，Ni30 35%，Cu 30 35%，合計(jì) 100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在干所述的中間層合金的箔材厚度為100 200 μ m,寬 3 7mm,長 O. 5 I. Om0
3.—種權(quán)利要求I所述的方法所用的焊接材料，其特征在于，由以下組分按原子百分比組成Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，Al 20 25%，Ni 30 35%，Cu 30 35%，合計(jì) 100%。
4.一種權(quán)利要求3所述的焊接材料的制備方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施 步驟I、利用真空電弧爐熔配母合金 按原子百分比稱量好以下各種高純金屬，Ti 5 10%，F(xiàn)e 5 10%，A120 25%，Ni 30 35%，Cu 3(Γ35%，合計(jì)100%;將稱量好的組分混勻、壓實(shí)成坯待用；將制成的坯料在真空電弧爐中進(jìn)行熔配，制得母合金； 步驟2、應(yīng)用單輥快速凝固裝置，將輥輪線速度控制在5-8m/s，將上步得到的母合金制備成中間層合金箔材，所制備得到的中間層合金箔材厚度為10(Γ200μηι,寬3 7mm,長O.5 I. Om,即成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟I中的所有各種高純金屬的純度均高于99. 99%ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電阻焊制備TA2/Q235復(fù)合板的方法，在TA2待焊板材與Q235待焊板材之間放置折疊過的中間層合金箔材，采用電阻點(diǎn)焊方式進(jìn)行焊接操作，實(shí)現(xiàn)TA2/Q235板材的焊接。本發(fā)明還公開了上述的中間層合金及其制備方法，由以下組分按原子百分比組成Ti 5~10%，F(xiàn)e 5~10%，Al20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合計(jì)100%。本發(fā)明的方法，方便易行，適應(yīng)性廣；本發(fā)明的焊接材料具有優(yōu)良的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性能，不易形成脆性金屬間化合物相，易于獲得高性能的鈦－鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)；該焊接材料的制備步驟簡單，制作成本低。
文檔編號B23K11/11GK102672331SQ20121014323
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者徐錦鋒, 田 健, 翟秋亞, 陳凱 申請人:西安理工大學(xué)