[發明專利]一種鈦金屬材料與不銹鋼的無裂紋電子束焊接方法

無效

• 申請號: 200910072786.7
• 申請日: 2009-09-03
• 公開（公告）號: CN101648315A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 張秉剛;王廷;陳國慶;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;C23G1/02;C21D1/09;C21D9/50;B23K103/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明屬于異種難熔金屬焊接領域，具體涉及鈦金屬材料與不銹鋼的電子束焊接方法。?

背景技術

航空航天業的發展對新一代發動機的性能提出了更高指標，要求發動機推力室工作壓力和溫度大幅度提高，同時還要提高發動機自身的推重比，進一步增強其快速機動性能。把發動機推力室身部的部分鋼質體與銅合金采用鈦金屬材料取代，可實現局部減重10％-15％，滿足新一代液氧煤油大推力火箭發動機及高空分導發動機的高性能需求，同時，逐步在航天動力承載結構中使用鈦金屬材料替代部分鋼質結構體也成為今后航天器瘦身減重的重要手段之一，此外，在核動力裝置中的核燃料后處理設備、衛星燃料噴注器及姿態推動控制系統中的部件、化工以及醫療設備也經常用到鈦金屬材料與不銹鋼的復合構件。采用焊接技術焊接鈦金屬材料與不銹鋼或者先制備鈦金屬材料與不銹鋼接頭，然后將其兩端分別與各自相同的金屬材料再焊接，從而形成一個完整的系統，這樣可以實現鈦金屬材料與不銹鋼的可靠連接，對于鈦金屬材料與不銹鋼的焊接，釬焊、擴散焊、摩擦焊接頭在使用中受到強度、接頭形式、使用條件以及生產效率的限制，不能滿足使用要求；氣焊、電弧焊方法在兩金屬的接頭處產生大量連續分布的脆性金屬間化合物，焊后極易開裂。?

發明內容

本發明的目的是為了解決鈦金屬材料與不銹鋼在焊接過程中易產生裂紋、強度低、韌性差的問題，提供一種鈦金屬材料與不銹鋼的無裂紋電子束焊接方法。?

本發明的焊接方法按以下步驟實現：一、將厚度為0.5mm～2.0mm、純度≥99.95％(質量)的銅板作為中間層置于待焊鈦金屬材料板與不銹鋼板3之間，組成待焊件；二、將待焊件剛性固定在夾具上，采用鎢極惰性氣體焊在兩端點焊固定，使中間層銅板分別與鈦金屬材料板和不銹鋼板的對接面的間隙為0.05mm～0.25mm；三、將固定好的待焊件先放在丙酮中超聲清洗5min～30min，再酸洗，然后烘干；四、用夾具將經步驟三處理后的待焊件固定于電子束焊接真空室內，進行電子束焊接，所述真空室的真空度為10^-5Pa～10^-4Pa，焊接時電子束流正對銅板與不銹鋼板間的焊縫或偏向不銹鋼板一側，焊接參數：焊接速度為200mm/min～600mm/min、加速電壓為30kV～60kV、聚焦電流為2000mA～3000mA、電子束流為5mA～15mA；五、采用散焦電子束流進行后熱，后熱電子束流隨時間階梯狀降低。?

上述的步驟三中的酸洗是按以下步驟實現的：先按每升水溶液中含有200g的HNO₃和30g的HF配制酸洗液，然后將固定好的待焊件浸沒于酸洗液中1min-4min，然后用蒸餾水沖洗干凈。?

上述的步驟四中電子束流距銅板與不銹鋼板接觸面的偏束量為δ，其中0mm≤δ≤0.3mm。?

上述的步驟五中的后熱參數：速度為300mm/min～700mm/min、加速電壓為30kV～60kV、聚焦電流3000mA～4000mA。?

上述的步驟五中后熱電子束流先以7mA～8mA保持7s，接著以5mA～6mA保持7s，再以3mA～4mA保持7s，最后以1mA～2mA保持7s。?

上述的步驟一中的鈦金屬材料板為鈦合金板或純度≥99.99％(質量)的純鈦板，其中銅板的長度與被焊鈦金屬材料板或不銹鋼板長度相同，銅板的寬度與被焊鈦金屬材料板或不銹鋼板的厚度相同，為1mm～20mm。?

本發明采用銅板作為中間層，能夠改變鈦金屬材料板與不銹鋼板直接電子束焊接接頭內脆性化合物的分布形態和尺寸，從而改善了接頭的韌性，獲得無裂紋的電子束焊接接頭；電子束焊接完成后再用散焦電子束進行后熱，以降低冷卻速率，減小熱應力；焊接時束流作用點偏向于不銹鋼母材側，從而有效控制鈦金屬材料板和銅板的熔化量，提高接頭的強度與韌性；本發明制備的鈦金屬材料板與不銹鋼板接頭無裂紋，抗拉強度≥230MPa，屈服強度≥150MPa。?

附圖說明

圖1是待焊件的結構示意圖，圖2是電子束流作用位置示意圖，圖3是具體實施方式二十一的焊件中不銹鋼與側焊縫區顯微組織，圖4是具體實施方式二十一的焊件中銅與鈦合金母材界面區顯微組織。圖1中的附圖標記1是鈦金?屬材料板，2是銅板，3是不銹鋼板；圖2中的附圖標記1是鈦金屬材料板，2是銅板，3是不銹鋼板，4是電子束流。?

具體實施方式