專利名稱：用于tig法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于異種材料的焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種焊接鈦合金與純鋁板的TIG方法及用于TIG法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲。
背景技術(shù)：
鈦金屬具有重量輕、強(qiáng)度大、耐熱性強(qiáng)、耐腐蝕等許多優(yōu)特性，被譽(yù)為“未來(lái)的金屬”，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業(yè)中有著十分重要的應(yīng)用，而且已經(jīng)開(kāi)始在化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。鋁具有比強(qiáng)度高、加工性好、物理、力學(xué)性能優(yōu)越、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的材料。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁能顯示出優(yōu)良的抗腐蝕性。鋁的表面具有高度的反射性。鋁通常顯示出優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用于如高轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)中。鋁由于它的優(yōu)良電導(dǎo)率而常被選用。在重量相等的基礎(chǔ)上，鋁的電導(dǎo)率近于銅的兩倍。鈦合金和鋁在工業(yè)上的應(yīng)用非常重要，有很多工業(yè)交叉的領(lǐng)域，這使得鋁和鈦的連接具有重要意義。但是，鋁和鈦的連接難度很大。在焊接過(guò)程中，由于在室溫條件下Ti和Al之間的溶解度極小，由于鋁鈦金屬之間的熱物理化學(xué)性能相差很大，用傳統(tǒng)的焊接方法焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的脆性的金屬間化合物，從而影響接頭性能。目前，Ti/Al異種合金的傳統(tǒng)的焊接方法主要有電弧熔釬焊、擴(kuò)散焊、釬焊、摩擦焊等。擴(kuò)散焊是將兩焊件緊密結(jié)合，在真空或保護(hù)氣氛中，在一定溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散完成焊接。因此擴(kuò)散焊依然能有效避免鋁鈦材料熔點(diǎn)差異較大難于連接的特點(diǎn)。經(jīng)檢驗(yàn)后證明，真空擴(kuò)散焊的焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、密封性、耐腐蝕性和彈性都能滿足重要構(gòu)件的技術(shù)要求。但是這種焊接方法要求真空環(huán)境下成型，從經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)性來(lái)看，成本較大，不適合大批量鋁鈦材料連接成型。電弧加熱集中，熱輸入量小，操作方便，節(jié)能高效又易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這種焊接方法釬焊后變形很小，對(duì)裝配間隙不敏感，并且加熱時(shí)間短，消耗小，成本低，加熱區(qū)窄，加熱更為集中，熱輸入量小，熱影響區(qū)窄，釬焊后變形小。但是，在實(shí)現(xiàn)鋁鈦異種金屬連接成型的過(guò)程中，如果采用一般電弧釬焊方法，焊接過(guò)程有如下缺點(diǎn)鈦金屬的散熱大、現(xiàn)有設(shè)備昂貴、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。采用一般焊接方法很難實(shí)現(xiàn)Ti和Al的高效、可靠焊接。例如，液態(tài)焊接方法會(huì)產(chǎn)生大量脆性金屬間化合物，固態(tài)焊接方法又對(duì)接頭形式要求過(guò)于苛刻。采用熔釬焊的方法，將鋁材熔化，鈦保持固態(tài)，這樣能有效避免鈦鋁之間形成大量的脆硬的金屬間化合物，能夠獲得高強(qiáng)度的接頭，與熔化焊和固相焊接相比，具有明顯的優(yōu)越性。采用激光作為熱源，具有柔性好、能量密度高、光斑形式可調(diào)、熱輸入精確可控以及冷卻速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是對(duì)焊件的裝配精度要求嚴(yán)格，并且設(shè)備成本較高
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有焊接技術(shù)的不足，提供一種用于TIG法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明的用于TIG法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲，該合金焊絲的直徑為2. 2-2. 8mm，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為
Mg :5. 2-5. 8 %，
S1:0. 15-0. 25 %，
Fe :0. 2-0. 3 %，
Cu :0. 03-0. 04 %，
Cr :0. 1-0. 2 %，
Zn :0. 06-0. 09 %，
Mn :0. 10-0. 15 %，
T1:0. 05-0. 15 %，
余量為Al ；
并且，焊絲表面涂有活性剤，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2 22% ； Cr2O3 16% ；CaF2 2% ；Ti02 3% ；MnCl2 :21%，其余為 BaCl20鈦合金與鋁熔點(diǎn)相差較大，本發(fā)明利用鈦與鋁兩種母材的熔點(diǎn)差異，提出具有特定配比的焊絲，使其在焊接過(guò)程中熔化填充金屬與鋁母材充分熔化混合后凝固形成焊縫，且存在明顯熔合區(qū)；而高熔點(diǎn)鈦合金與熔化焊絲填充金屬發(fā)生相互作用而形成釬焊連接，避免兩種金屬液相T1、Al混合而生成大量脆性的T1-Al金屬間化合物，同時(shí)焊絲表面的活性劑能夠起到増加焊接熔深的作用，從而獲得焊縫成形美觀、無(wú)裂紋的焊接接頭。本發(fā)明的有益效果是，不僅避免了真空擴(kuò)散焊エ藝中涉及的預(yù)滲鋁處理，又降低了真空環(huán)境或激光條件的焊接成本，而且提高了生產(chǎn)效率，改善接頭性能，操作方便。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。實(shí)施例1
1)選擇厚度為2mm的待連接的T1-6A1-4V鈦合金板和1060純鋁板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為35°的坡ロ；
2)對(duì)于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用こ醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達(dá)到Ra1.8 ;
3)采用直徑為2.2mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為
Mg :5. 2 %，
S1:0. 15 %，
Fe 0. 2 %，
Cu :0. 03 %，
Cr :0.1 %，
Zn :0. 06 %，
Mn :0. 10 %，
T1:0. 05 %，余量為Al ；
4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，15min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進(jìn)行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活性剤，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO222% ； Cr2O3 16% ；CaF2 2% ；Ti02 3% ；MnCl2 :21%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與純鋁板水平對(duì)接放置，裝配間隙為0.09mm ；
7)先對(duì)焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)8-10min，保護(hù)氣體為純度大于99.98%的氬氣；
8)采用填絲TIG焊接進(jìn)行鎢極焊接，氬弧焊接采用鎢-釷電極，鎢的含量為99.9%，鎢極直徑2mm，端部為錐形；エ藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流105-110A，焊接速度為70mm/min，氬氣流量為8-10L/min ;施焊過(guò)程中，焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護(hù)6min。所得到的T1-6A1_4V鈦合金與1060純鋁板對(duì)接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過(guò)金相顯微鏡觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。實(shí)施例2
1)選擇厚度為2.5mm的待連接的Ti_6Al_4V鈦合金板和1060純鋁板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為35-40°的坡ロ ；
2)對(duì)于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用こ醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達(dá)到Ra 2. 5 ;
3)采用直徑為2.6mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為
Mg :5. 5 %，
S1:0. 2 %，
Fe :0. 25 %，
Cu :0. 033 %，
Cr :0. 15 %，
Zn :0. 08 %，
Mn :0. 12 %，
T1:0.1 %，
余量為Al ；
4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，18min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進(jìn)行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活性剤，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO222% ； Cr2O3 16% ；CaF2 2% ；Ti02 3% ；MnCl2 :21%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與純鋁板水平對(duì)接放置，裝配間隙為0.1mm ；
7)先對(duì)焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)9min，保護(hù)氣體為純度大于99.98%的氬氣；
8)采用填絲TIG焊接進(jìn)行鎢極焊接，氬弧焊接采用鎢-釷電極，鎢的含量為99.9%，鎢極直徑2mm，端部為錐形；エ藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流105-110A，焊接速度為70mm/min，氬氣流量為9L/min;施焊過(guò)程中，焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護(hù)8min。所得到的T1-6A1_4V鈦合金與1060純鋁板對(duì)接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過(guò)金相顯微鏡觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。實(shí)施例3:
1)選擇厚度為3mm的待連接的鈦合金板和純鋁板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為40°的坡口 ；
2)對(duì)于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達(dá)到Ra 3；
3)采用直徑為2.8mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為
Mg 5. 8 %,
Si 0. 25 %,
Fe :0. 3 %,
Cu 0. 04 %,
Cr 0. 2 %,
Zn 0. 09 %，
Mn 0. 15 %，
Ti 0. 15 %，
余量為Al ；4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，20min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進(jìn)行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO222% ； Cr2O3 16% ；CaF2 2% ；Ti02 3% ；MnCl2 :21%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與純鋁板水平對(duì)接放置，裝配間隙為0.1lmm ；
7)先對(duì)焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)lOmin，保護(hù)氣體為純度大于99.98%的氬氣；
8)采用填絲TIG焊接進(jìn)行鎢極焊接，氬弧焊接采用鎢-釷電極，鎢的含量為99.9%，鎢極直徑2mm，端部為錐形；工藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流105-110A，焊接速度為70mm/min，氬氣流量為10L/min ;施焊過(guò)程中，焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護(hù)lOmin。所得到的T1-6A1_4V鈦合金與1060純鋁板對(duì)接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過(guò)金相顯微鏡觀察沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。
權(quán)利要求
1. 一種用于TIG法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲，其特征在干，該合金焊絲的直徑為·2.2-2. 8mm，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為 Mg :5. 2-5. 8 %，S1:0. 15-0. 25 %， Fe :0. 2-0. 3 %，Cu :0. 03-0. 04 %， Cr :0. 1-0. 2 %，Zn :0. 06-0. 09 %，Mn :0. 10-0. 15 %，T1:0. 05-0. 15 %， 余量為Al ； 并且，焊絲表面涂有活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2 22% ； Cr2O3 16% ；CaF2 2% ；Ti02 3% ；MnCl2 :21%，其余為 BaCl20
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于TIG法焊接鈦合金與純鋁板的焊絲，采用特定配比并且涂有活性劑的焊絲將鈦與鋁進(jìn)行鎢極氬弧焊，不僅避免了真空擴(kuò)散焊工藝中涉及的預(yù)滲鋁處理，又降低了真空環(huán)境或激光條件的焊接成本。使其在焊接過(guò)程中熔化填充金屬與純鋁母材充分熔化混合后凝固形成焊縫，且存在明顯熔合區(qū)；而高熔點(diǎn)鈦合金與熔化焊絲填充金屬發(fā)生相互作用而形成釬焊連接，避免兩種金屬液相Ti、Al混合而生成大量脆性的Ti-Al金屬間化合物，同時(shí)焊絲表面的活性劑能夠起到增加焊接熔深的作用，從而獲得焊縫成形美觀、無(wú)裂紋的焊接接頭。因此本發(fā)明具有提高生產(chǎn)效率，改善接頭性能，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K35/365GK103056546SQ20131004060
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月3日
發(fā)明者劉美福 申請(qǐng)人:劉美福