[發(fā)明專利]一種鈦合金與鎳合金異種材料的鎢極氬弧焊工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410126145.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN103878470A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王娟;李亞江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/167
• 分類號(hào): B23K9/167;B23K9/23;B23K9/235;B23K35/30
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適合鈦合金與鎳合金異種材料之間的鎢極氬弧焊方法，可用于鈦合金組件和鎳合金組件之間的連接。

背景技術(shù)

鈦及其合金具有重量輕、比強(qiáng)度高、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，因而在航天航空、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。隨著鈦及鈦合金作為一種重要的金屬材料的興起，其焊接技術(shù)獲得了較大的發(fā)展。鈦很活潑，加熱到400～500℃時(shí)就吸收氧、氫、氮等氣體而硬化；鈦元素易與大多數(shù)金屬形成脆性的金屬間化合物。而鎳是非碳化物形成元素，與鈦形成的化合物有一定的塑性，并且鎳的塑性好，可以緩解接頭中的內(nèi)應(yīng)力。因此，實(shí)現(xiàn)鈦鎳復(fù)合結(jié)構(gòu)件的焊接制造，可以大大推動(dòng)鈦合金在航空航天、化工以及原子能工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

采用爆炸焊和真空擴(kuò)散焊可以實(shí)現(xiàn)鈦合金與鎳合金的焊接，但這兩種方法均屬于固相焊，獲得的接頭強(qiáng)度較低，不能用于承載較大的焊接結(jié)構(gòu)件。如果能在熔焊條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦合金和鎳合金的可靠連接，將具有很好的應(yīng)用前景。鈦合金與鎳合金的熱導(dǎo)率和線脹系數(shù)差異很大，熔焊時(shí)的熱脹冷縮造成很大的焊接應(yīng)力，極易導(dǎo)致焊縫開裂，因此鈦合金與鎳合金的熔焊技術(shù)難度很大。

另外，鎳合金中的Ni和S、P、N、O等都能形成低熔點(diǎn)共晶物質(zhì)，在焊接應(yīng)力的作用下很容易形成熱裂紋。并且，如果焊接熱輸入較高，晶粒的長(zhǎng)大及過度的成分偏析，會(huì)增大熱裂傾向，并降低耐腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種焊接過程控制簡(jiǎn)便、焊接質(zhì)量穩(wěn)定的針對(duì)鈦合金與鎳合金異種金屬之間的焊接方法，克服焊接裂紋、氣孔等缺陷，提高焊縫的抗裂性及接頭的穩(wěn)定性，高效生產(chǎn)出合格的焊接接頭。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種鈦合金與鎳合金異種材料的填絲鎢極氬弧焊工藝，包括：

(1)焊材選取

選用Ni-Cu系合金焊絲作為填充材料，焊絲中化學(xué)元素的質(zhì)量百分比為：C0.08%～0.15%，Mn3.0%～4.5%，F(xiàn)e1.0%～2.5%，S≤0.015%，P≤0.02%,Si0.9%～1.25%，Cu21.5%～25%，Ti6.5%～10.5%,余為Ni。焊絲中的S、P含量嚴(yán)格控制。

Ni-Cu系合金焊絲直徑為1.5mm～2.0mm；

氬弧焊采用鈰鎢電極，直徑為2.0mm，電極端部磨成30～45°錐形；

保護(hù)氣體選用純度大于99.99%的高純氬；

(2)焊前準(zhǔn)備及預(yù)熱

焊接坡口加工：針對(duì)鈦合金對(duì)氣體比較敏感以及鎳合金不易焊透的特點(diǎn)，對(duì)接接頭加工成V形坡口，坡口角度70～80°。

焊件清理：用不銹鋼絲刷清理焊絲及工件接頭坡口兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的油脂、氧化膜及污物，清洗干凈后表面應(yīng)有明顯的金屬光澤，然后用干凈的布擦干；

焊前預(yù)熱：焊前先對(duì)被焊鈦合金與鎳合金進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～200℃；

(3)焊接

焊絲與鈦合金焊件間保持夾角10～25°；

施焊時(shí)要擺動(dòng)焊絲，但焊絲的擺動(dòng)幅度不能大于焊絲直徑的2倍；

焊接時(shí)采用短弧焊接，噴嘴與鎳合金焊件保持70～80°的夾角。

填絲鎢極氬弧焊接工藝參數(shù)為：焊接電壓為10～15V，焊接電流為90～140A，焊接速度為40～80mm/min，氣體流量為12～20L/min；

斷弧及焊縫收尾時(shí)，要繼續(xù)通氬氣保護(hù)，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到250℃以下時(shí)方可移開焊槍。

(4)焊接區(qū)保護(hù)

施焊前，先對(duì)焊件正、背面同時(shí)通氬氣保護(hù)3～5min；焊接過程中采用焊縫正背面同時(shí)保護(hù)措施，焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護(hù)2～5min；

(5)焊后冷卻

焊接完成立即將整個(gè)被焊接件放置在溫度已保持在250℃的箱式電爐中，隨爐緩慢冷卻至室溫，以防止焊接裂紋。

其中，所述的填絲鎢極氬弧焊接采用高頻引弧的直流的鎢極氬弧焊電源。

其中，所述的采用焊縫正背面同時(shí)保護(hù)措施是，正面焊縫采用專用保護(hù)氣體拖罩進(jìn)行保護(hù)，氣體流量為12～20L/min；平板對(duì)接時(shí)，焊縫背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板同時(shí)進(jìn)行充純氬氣保護(hù)，焊接管接頭時(shí)，管內(nèi)充純氬氣進(jìn)行保護(hù)，氣體流量為10～20L/min，以防止N、O、H等對(duì)焊接接頭性能的有害影響。