[發(fā)明專利]一種接合鋁和鈦的熔焊方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980126359.0
• 申請(qǐng)日: 2009-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN102112263A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·肯巴;U·舒普巴赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 工程產(chǎn)品瑞士有限公司
• 主分類號(hào): B23K9/173
• 分類號(hào): B23K9/173;B23K9/23;B23K33/00
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 鄭建暉;楊勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及一種鋁合金和鈦合金的接合方法，具體地，涉及在航空航天工業(yè)中使用的這種方法。

背景技術(shù)

通常已知當(dāng)制造用于航空結(jié)構(gòu)的半成品和結(jié)構(gòu)元件時(shí)，一些需求特性通常不能彼此獨(dú)立地同時(shí)被優(yōu)化。因此，帶有在空間中可變特性的單片金屬結(jié)構(gòu)元件如今在航空工業(yè)中有很大需求。結(jié)構(gòu)元件承受各種各樣相矛盾的限制，這些限制需要對(duì)材料和工作條件作出具體選擇，而這些選擇可能導(dǎo)致并不令人滿意的妥協(xié)。專利申請(qǐng)US?2005/156095描述了對(duì)于制造飛機(jī)的座椅安裝軌道來說，有利地是使用具有很高耐腐蝕性的材料，例如鈦合金。然而，鈦合金很昂貴，并且具有比鋁合金更大的密度，這對(duì)于在商用飛機(jī)制造中對(duì)減少成本和重量的恒定需求來說是不利的。因此，建議制作一種座椅安裝導(dǎo)軌，其帶有由第一材料——例如高強(qiáng)度鋁合金——制成的下截面和由不同于第一材料的第二材料——例如鈦合金——制成的上截面。所述第一和第二材料通過均勻的冶金互連(metallurgical?interconnection)或粘結(jié)來相互連接。

在焊接技術(shù)中，可以區(qū)分出兩個(gè)主要的種類。在熔焊方法——例如電阻點(diǎn)焊接、火花對(duì)頭焊接、激光焊接、電弧焊和電子束焊接——中，焊接在熔點(diǎn)之上在液相中進(jìn)行。在固態(tài)焊接——例如摩擦焊接、摩擦攪拌焊接或擴(kuò)散焊接——中，焊接在熔點(diǎn)下在固相中進(jìn)行。

鈦和鋁的擴(kuò)散焊接已經(jīng)在“Properties?of?diffusion?weldedhybrid?joints?titanium/aluminium，J.Wilden，JP?Bergmann，S.Herz，Proceedings?of?the?3rd?International?Brazing?and?SolderingConference，April?24-26，2006，Crowne?Plaza?Riverwalk?Hotel，SanAntonio，Texas，USA，pp?338-343)”中報(bào)道。然而，所獲得的組件的強(qiáng)度小于100Mpa。

關(guān)于熔焊技術(shù)，為了將鋁合金焊接到鈦合金，可以考慮兩種選擇：第一種選擇是在高于鈦合金熔化溫度的溫度下焊接，從而使鋁合金和鈦合金都熔化；第二種選擇是在高于鋁合金的熔化溫度但低于鈦合金的熔化溫度的溫度下焊接，后一種情況在此也被稱為“硬釬焊(weld-brazing)”。

專利US?4,486,647說明了第一種選擇：提供足夠的焊接能，從而使鋁合金和鈦合金在熔化界面處熔化。然而，當(dāng)熔化物固化時(shí)，產(chǎn)生大量的鈦-鋁合成物，導(dǎo)致接合處產(chǎn)生低于大約100Mpa的弱機(jī)械強(qiáng)度。

第一種選擇還在“Laser?processing?of?aluminum-titaniumtailored?blanks，M.Kreimeyer，F(xiàn).Wagner，F(xiàn).Vollersten，Opticsand?Lasers?in?Engineering?43(2005)1021-1035”中報(bào)道。在這個(gè)文獻(xiàn)中報(bào)道了一種方法，其中通過在經(jīng)傳導(dǎo)將鋁基金屬加熱的同時(shí)熔化鈦基金屬來實(shí)現(xiàn)接合。然而，在這種情況中仍獲得大約200Mpa的有限強(qiáng)度。

專利US?2,761,047提供了為了使用惰性氣體電弧焊炬將鋁和鋁合金接合到鈦和鈦合金的硬釬焊條件。已公開的方法包括清潔步驟，該清潔步驟最好當(dāng)焊炬具有非自耗電極并且是超高頻交流電類型時(shí)完成。

沒有填充金屬(filler?metal)的鋁和鈦的激光硬釬焊也在“Investigation?of?Laser-Beam?Joined?Titanium-Aluminum?HybridStructures，Applied?Production?Technology?APT’07，Bremen，September?17-19，2007”中報(bào)道。相比于第一種選擇，機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)了，然而，對(duì)于在T4狀態(tài)下的TiAl6V4合金和6065合金之間的焊縫(在焊接到T6狀態(tài)后進(jìn)行時(shí)效)來說，機(jī)械強(qiáng)度仍不高于242Mpa。在會(huì)議上報(bào)道的接合速度大約為0.2m/mn，由此帶來大約20mm寬的受熱影響區(qū)。

已經(jīng)證明將鋁硬釬焊到鈦的是困難的，接合的強(qiáng)度可以增強(qiáng)并且加工產(chǎn)量可以被改進(jìn)。需要一種改進(jìn)的方法，該方法能夠高產(chǎn)量地將鋁合金部件硬釬焊到鈦合金部件，并能提供高強(qiáng)度焊接接頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個(gè)目的是一種方法，其將包含鋁合金的第一構(gòu)件(1)接合到包含鈦合金并具有至少一個(gè)厚度為e的邊緣的第二構(gòu)件(2)，該方法包括步驟：