AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，具體涉及一種Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金激光焊接方法一一偏置激光與TIG電弧并行排列復(fù)合焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ti2AlNb基合金作為第二代O相合金，具有良好的室溫塑性、斷裂韌性和高溫抗氧化性能，能在600?800°C長(zhǎng)時(shí)間使用、1000°C以上短時(shí)間使用，是替代鎳基合金最具前景的輕質(zhì)耐高溫航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料之一。而宇航部件多為復(fù)雜構(gòu)件，多數(shù)需要進(jìn)行同種或異種材料之間的連接，當(dāng)涉及到Ti2AlNb基金屬間化合物與其他異種鈦合金激光焊接時(shí)，由于兩種母材的熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等熱物理學(xué)參數(shù)不一致，焊縫為不對(duì)稱的漏斗形，并且容易出現(xiàn)氣孔等缺陷，嚴(yán)重影響焊縫的性能，如圖1所示。即使為了解決不同母材的物理等性質(zhì)不同造成的焊縫不對(duì)稱，把激光光束偏置到某一側(cè)母材一定的距離，也易產(chǎn)生錯(cuò)邊等缺陷，嚴(yán)重影響焊縫力學(xué)性能，如圖2所示。
[0003]這些缺點(diǎn)限制了 Ti2AlNb基合金與異種鈦合金激光焊接在航空航天中的普及和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出了一種針對(duì)Ti2AlNb基合金與異種鈦合金激光焊接的方法:即Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接的方法。
[0005]本發(fā)明的一種Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接的方法，它是按照以下步驟進(jìn)行:
[0006]步驟一:焊接前，將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；其中，待焊工件為Ti2AlNb基金屬間化合物和異種鈦合金；
[0007]步驟二:將激光和TIG焊接共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置幾何參數(shù):離焦量為-3?+ 3mm ；
[0008]步驟三:設(shè)置激光-TIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù):電弧電流為50?500A，焊槍與豎直方向夾角為10°?45°，焊接速度為50?500mm/min，保護(hù)氣為惰性氣體；激光功率為500 ?10，OOOff ；
[0009]步驟四:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通入保護(hù)氣，再引燃電弧1.0?2.0s后，發(fā)射激光，然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動(dòng)，進(jìn)行焊接，即完成。
[0010]本發(fā)明包含以下有益效果:
[0011]本發(fā)明采用偏置激光與TIG電弧并行排列復(fù)合焊接方法主要是在Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金激光-TIG復(fù)合焊接過程中，采用激光與TIG電弧垂直于焊縫方向的并行放置方式進(jìn)行焊接，其中激光位于高熔點(diǎn)母材一側(cè)，且激光束焦點(diǎn)聚焦在在對(duì)接焊縫高熔點(diǎn)母材一側(cè)的邊緣，并呈一定角度入射；TIG電弧位于焊縫間隙中心，如圖3所示。激光作用于高熔點(diǎn)母材一側(cè)，利用了激光能量密度高的優(yōu)勢(shì)，使得高熔點(diǎn)母材在低激光功率下能夠充分熔化，而TIG電弧的作用面積大，作用于間隙中心，可以在很好的熔化低熔點(diǎn)母材的同時(shí)，與激光相互耦合。其中，本發(fā)明可以采用焊槍與激光工作頭的一體化設(shè)計(jì)，保證了焊接的精度性，焊槍與激光頭的連線垂直于焊縫方向，復(fù)合工作頭隨著機(jī)器人共同完成焊接過程。
[0012]在Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接時(shí)，偏置激光-TIG電弧并行排列復(fù)合焊接相比于激光焊接的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):
[0013]1、由于焊縫兩側(cè)的母材為不同鈦合金，其熔點(diǎn)等物理性質(zhì)各不相同，激光作用于高熔點(diǎn)母材一側(cè)，TIG電弧作用于低熔點(diǎn)母材一側(cè)，相對(duì)激光焊接時(shí)，可以降低焊接熱輸入，減少高溫峰值停留時(shí)間，減少焊縫高溫金屬間化合物，從而降低高溫脆性。
[0014]2,TIG電弧的加入，改善了焊接熱循環(huán)，發(fā)揮了激光和TIG電弧兩種熱源的相互耦合作用，比激光焊接時(shí)更加穩(wěn)定，降低激光功率，從而降低激光焊接成本，提高焊縫質(zhì)量。
[0015]3、激光和TIG電弧兩個(gè)熱源垂直于焊接方向排列，作用區(qū)域的增大，極大地降低了激光焊接時(shí)焊縫的定位精度，增加了焊接過程的適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0016]圖1為Ti2AlNb基合金與TC4合金激光焊接焊縫組織；
[0017]圖2為光束偏置時(shí)Ti2AlNb基合金與TC4合金激光焊接焊縫組織；
[0018]圖3為本發(fā)明偏置激光與TIG電弧并行排列復(fù)合焊接橫截面示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明偏置激光與TIG電弧并行排列復(fù)合焊接成型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接的方法，它是按照以下步驟進(jìn)行:
[0021]步驟一:焊接前，將待焊工件表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；其中，待焊工件為Ti2AlNb基金屬間化合物和異種鈦合金；
[0022]步驟二:將激光和TIG焊接共同作用在被焊區(qū)域，設(shè)置幾何參數(shù):離焦量為-3?+ 3mm ；
[0023]步驟三:設(shè)置激光-TIG復(fù)合焊接的焊接參數(shù):電弧電流為50?500A，焊槍與豎直方向夾角為10°?45°，焊接速度為50?500mm/min，保護(hù)氣為惰性氣體；激光功率為500 ?10，OOOff ；
[0024]步驟四:啟動(dòng)控制開關(guān)，先通入保護(hù)氣，再引燃電弧1.0?2.0s后，發(fā)射激光，然后使激光器和焊槍沿焊縫一起移動(dòng)，進(jìn)行焊接，即完成。
[0025]本實(shí)施方式具有以下有益效果:
[0026]在Ti2AlNb基金屬間化合物與異種鈦合金焊接時(shí)，偏置激光-TIG電弧并行排列復(fù)合焊接相比于激光焊接的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):
[0027]1、由于焊縫兩側(cè)的母材為不同鈦合金，其熔點(diǎn)等物理性質(zhì)各不相同，激光作用于高熔點(diǎn)母材一側(cè)，TIG電弧作用于低熔點(diǎn)母材一側(cè)，相對(duì)激光焊接時(shí)，可以降低焊接熱輸入，減少高溫峰值停留時(shí)間，減少焊縫高溫金屬間化合物，從而降低高溫脆性。
[0028]2,TIG電弧的加入，改善了焊接熱循環(huán)，發(fā)揮了激光和TIG電弧兩種熱源的相互耦合作用，比激光焊接時(shí)更加穩(wěn)定，降低激光功率，從而降低激光焊接成本，提高焊縫質(zhì)量；
[0029]3、激光和TIG電弧兩個(gè)熱源垂直于焊接方向排列，作用區(qū)域的增大，極大地降低了激光焊接時(shí)焊縫的定位精度，增加了焊接過程的適應(yīng)性。
[0030]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的焊接方法是采用激光與TIG電弧垂直于焊縫方向的并行放置方式進(jìn)行焊接，焊接條件為:使焊槍與激光頭處于同一平面，且該平面垂直于焊縫方向，激光頭位于待焊工件中熔點(diǎn)相對(duì)高的工件一偵牝且激光束焦點(diǎn)聚焦在對(duì)接焊縫待焊工件中熔點(diǎn)相對(duì)高的工件一側(cè)的邊緣，激光束與豎直方向夾角為5?30° ;TIG電弧的焊槍位于待焊工件中熔點(diǎn)相對(duì)低的工件一側(cè)，且焊槍置于焊縫間隙中心位置處。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0031]本實(shí)施方式焊槍與激光工作頭為一體化設(shè)計(jì)。
[0032]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的異種鈦合金為α鈦合金或β鈦合金等其它異種鈦合金。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的Ti2AlNb基金屬間化合物為T1-22Al-25Nb合金或Ti_22Al_27Nb合金等其它Ti2AlNb基金屬間化合物。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的激光器為CO2氣體激光器、YAG固體激光器或半導(dǎo)體激光器。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:電弧焊接是采用鎢極氬弧焊焊機(jī)進(jìn)行焊接的。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:采用鎢極氬弧焊焊機(jī)進(jìn)行焊接時(shí)的焊接形式為直流焊接或交流焊接。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:直流焊接是采用直流正極性方式進(jìn)行焊接的。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0038]采用本實(shí)施方式的焊接方式具有以下有益效果:直流焊接時(shí)采用直流正極性方式，因?yàn)楣ぜ鲫枠O時(shí)，電弧在陽極上產(chǎn)熱量大，能量利用率高，生產(chǎn)率高，工件的收縮和變形小，且鎢極作為負(fù)極時(shí)的自身產(chǎn)熱量小，不易過熱，使用壽命長(zhǎng)。
[0039]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式