[發明專利]一種鈮合金與鈦合金厚板的電子束焊接方法

有效

• 申請號: 200810018126.6
• 申請日: 2008-05-05
• 公開（公告）號: CN101274388A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 鄭欣;李中奎;王東輝;白潤;夏明星;張軍良;蔡小梅;張廷杰;付潔;楊雄毛
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;C23G1/10;B23K37/04;B23K103/18
• 代理公司: 西安創知專利事務所
• 代理人: 李子安

技術領域

本發明涉及航空航天工業技術領域，特別是涉及一種鈮合金與鈦合金厚板的電子束焊接方法。

背景技術

現如今，隨著航空航天及工業技術的發展，要求不斷提高飛行器的入口溫度，并要求不斷飛行器的減小重量。因此，單純采用鈮合金或鈦合金均無法滿足要求。鈮合金(C-103、Nb521)的使用溫度高(≥1400℃)，但比重大(≥8.8g/cm³)且價格高；鈦合金(TC4、Ti533115、7715D)比重小(約4.5g/cm³)、價格低，但使用溫度低(≤650℃)。若將二者結合使用則可得到較好的使用效果，即結合利用鈮合金在高溫區能承受高溫和鈦合金用在低溫區能減重的性能。但是，該方案的實現有賴于以下問題的解決：鈮合金與鈦合金的熔點相差大，其熔點相差約800℃，熱導率也相差較大，鈮的熱導率為0.036卡/cm·秒·℃，而鈦的熱導率為0.125卡/cm·秒·℃，則焊接時容易出現鈮合金未熔化，而鈦合金已經熔化流掉的情況。目前，對于厚度在4mm以下的鈮合金與鈦合金板材的焊接，采用將焊縫區放在偏向鈮合金一邊的方法進行焊接。但是，對于厚度更大的鈮合金與鈦合金板材的焊接問題還未能解決。當對厚板材進行焊接時，由于電子束焊接零件的熔深過大，往往會出現由于熱應力過大而使板材大幅度翹曲變形問題，最終造成所焊接板材的平直度不能滿足要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種鈮合金與鈦合金厚板的電子束焊接方法，其工序步驟簡單、操作簡便，焊縫質量高且焊接板平直度好，能解決厚板材焊接中所存在的板材大幅度翹曲變形問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種鈮合金與鈦合金厚板的電子束焊接方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(a)焊接面處理：采用常規機械加工方式，將需焊接的焊接件即鈮合金厚板與鈦合金厚板的焊接面均處理成粗糙度Ra≤1.6μm，且與所在板材相鄰各面相垂直的光滑面；

(b)酸洗：酸洗：首先，在耐酸腐蝕容器中配制酸洗用的酸溶液；常溫下，將步驟(a)中經處理后的焊接件分別投入酸溶液中進行酸洗，其酸洗反應時間為5-20分鐘；酸洗后，再用水清洗并晾干；

所述酸溶液由工業氫氟酸HF、工業硝酸HNO₃和水H₂O按體積比為2∶2.5-6∶2-10的比例混合配制而成，或者由工業氫氟酸HF、工業硫酸H₂SO₄、工業硝酸HNO₃和水H₂O按體積比為2∶3-5∶3-6∶6-10的比例混合配制而成，該酸溶液用于對鈮合金厚板進行酸洗；所述酸溶液由工業氫氟酸HF、工業硝酸HNO₃和水H₂O按體積比為1∶4-8∶5-10的比例混合配制而成，該酸溶液用于對鈦合金厚板進行酸洗；

(c)焊接：采用中高壓真空電子束焊機，按常規焊接方法，先對兩焊接件的一面進行焊接，焊接時，爐室的真空度≤5.0×10^-2Pa，槍室的真空度≤9.0×10^-3Pa，焊接位置為距離鈮合金厚板的焊接面0.15～0.25mm處，焊接電壓為56～60KV，電子束束流為20～200mA，焊接件的移動速度為550～650mm/min，焊縫深度為板材厚度的1/2～3/4；焊縫凝固后，在同樣的焊接條件下，對兩焊接件的另一面進行焊接，所述焊縫深度為板材厚度的1/4～3/4。

所述鈮合金厚板與鈦合金厚板的板材厚度為4～20mm。

步驟(c)中所述的兩焊接件通過夾具夾緊固定在所述焊機的焊接板上，夾緊固定時，要將兩焊接件的焊接面對齊且貼緊固定；所述夾具由相配合的兩個上夾具1和一個下夾具2組成；步驟(c)中所述的焊縫凝固后，將兩焊接件翻轉并重新固定在所述焊機的焊接板上，對兩焊接件的另一面進行焊接。

所述下夾具的夾持面中部開有一個寬為6-10mm的直線型凹槽，兩個上夾具的形狀、結構均相同。

所述上夾具和下夾具上均開有多個螺栓安裝孔，上夾具和下夾具通過多個螺栓將兩焊接件夾緊固定在所述焊機的焊接板上。

所述上夾具的前后兩端開有兩個螺栓安裝孔，下夾具的直線型凹槽兩側對應各開有兩個螺栓安裝孔，前后兩個螺栓安裝孔間的間距≥焊接件的長度。