[發明專利]一種鈦合金與純鋁薄板的激光預處理填絲TIG焊接方法

有效

• 申請號: 201310040607.8
• 申請日: 2013-02-03
• 公開（公告）號: CN103084714A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 梁建波
• 申請（專利權）人: 梁建波
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/23;B23K9/235;B23K33/00;B23K35/28;B23K103/18
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技術領域

本發明屬于異種材料的焊接技術領域，特別涉及一種鈦合金與純鋁薄板的激光預處理填絲TIG焊接方法。?

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背景技術

鈦合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發展前途的新型結構材料。鈦合金的應用涉及到許多領域，以在航空航天領域中的應用最突出。鋁合金在飛機制造中是主要的結構材料，大部分關鍵承載部件(如機翼、外殼、尾翼等)由鋁合金制造，鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業中有著十分重要的應用，而且已經開始在化工、石油、輕工、冶金、發電等許多工業部門中廣泛應用。鋁具有比強度高、加工性好、物理、力學性能優越、抗腐蝕等優點，在很多應用領域中被認為是最為經濟實用的材料。在大多數環境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學和很多化學體系中，鋁能顯示出優良的抗腐蝕性。鋁的表面具有高度的反射性。鋁通常顯示出優良的電導率和熱導率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經研制成功，這些合金可用于如高轉矩的電動機中。鋁由于它的優良電導率而常被選用。在重量相等的基礎上，鋁的電導率近于銅的兩倍。由于鈦合金和鋁合金具有某些特殊的性能，Ti與A1復合構件作為一種新型結構材料在航空航天領域及化工電解工業得到應用，Ti/Al復合結構具有穩定性好、隔熱隔音和耐高溫等性能，可以最大限度的發揮兩種材料的特性潛力，鈦合金和鋁在工業上的應用非常重要，有很多工業交叉的領域，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。鈦與鋁的物理化學性質(如熔點、晶體結構、導熱系數、熱膨脹系數等)相差很大，特別是鈦在加熱和冷卻時極易發生脆化，采用常規的熔焊方法實現Ti與A1的可靠連接有一定難度，當達到Ti的熔點時，A1元素燒損蒸發。Ti是活性金屬，在300℃開始強烈氧化，溫度越高氧化性越嚴重，生成TiO₂等氧化物，在焊縫中形成脆硬的Ti-A1金屬間化合物脆性層，使焊縫脆化或產生，即在焊接過程中，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性能相差很大，用傳統的焊接方法焊接時會產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?異種合金的傳統的焊接方法主要有電弧熔釬焊、擴散焊、釬焊、摩擦焊等。

電弧加熱集中，熱輸入量小，操作方便，節能高效又易于實現自動化，這種焊接方法釬焊后變形很小，對裝配間隙不敏感，并且加熱時間短，消耗小，成本低，加熱區窄，加熱更為集中，熱輸入量小，熱影響區窄，釬焊后變形小。但是，在實現鋁鈦異種金屬連接成型的過程中，如果采用一般單純電弧釬焊方法，焊接過程有如下缺點：鈦金屬的散熱大、現有設備昂貴、生產周期長。

李亞江等學者研究了Ti與Al的真空擴散焊，并對擴散界面附近的組織和微觀相結構進行分析。然而，擴散焊是將兩焊件緊密疊合，接觸面積較大，而且需要在真空或保護氣氛中，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相互擴散完成焊接。但是這種方法對焊接工藝和參數要求比較高，容易造成焊接處的化合物組分及組織大小不一致，而且該焊接方法要求真空環境下成型，從經濟生產性來看，成本較大，不適合大批量鋁鈦材料連接成型。

發明內容

本發明為解決上述現有焊接技術的不足，提供一種鈦合金與純鋁薄板的激光預處理填絲TIG焊接方法。?

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，本發明的鈦合金與純鋁薄板的激光預處理填絲TIG焊接方法，包括以下步驟：

1）選擇厚度為2.5-3.5mm的等厚度的鈦合金板和純鋁板，在兩板的側邊開等尺寸的坡口，兩板的側邊坡口對接形成的V型結構的角度為10-20度，然后分別對于鈦合金板和純鋁板待焊接部分進行表面處理，處理流程為：使用砂紙打磨——金屬清洗液除油——水洗——稀氫氟酸腐蝕——水洗——丙酮清洗——烘干，以去除板件表面的氧化層、雜質和油污；

2）先準備如下配比的溶液：93%-94%工業純鋁、4%?Fe以及2%-3%?Si，然后對鈦合金板待焊接部分進行液浸處理，停留時間為22-28分鐘，加熱溫度為690-720℃，形成的滲鍍鋁層厚度控制在80-130μm；

3）對鈦合金板經過滲鋁的側邊表面采用激光預處理，采用輸出波長為1064nm的摻釹釔鋁石榴石激光器，聚焦鏡焦距為170-180mm，激光焦點距離鈦合金板待焊接的側邊表面的絕對值為2.8-3.5?mm，輸出連續波激光，預處理激光功率2~3?kW，掃描速率為1.5~2.5?m/min，預處理的鈦合金板在平移的同時還在與平移垂直的方向上作往復移動，移動速率為1.2~2m/min；