[發明專利]一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護焊方法

有效

• 申請號: 201510020588.1
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104625331A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 李亞江;王娟;張永蘭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23K9/09
• 分類號: B23K9/09;B23K9/167;B23K9/23;B23K35/28
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，涉及一種異種有色金屬的焊接方法，尤其涉及一種鈦合金與純鋁加助熔劑的脈沖三元混合氣體保護焊方法。

背景技術

現代工程中單獨使用一種材料常常不能滿足實際應用中的各種要求。從節能減排角度出發，在不同的工作條件下使用不同性能的材料，可滿足不同材料的性能優勢，異種輕金屬焊接結構越來越受到人們的重視。鋁具有比強度高、密度小、耐蝕性好、導熱和導電性好等特點，是主要的輕量化結構材料。鈦合金具有線脹系數和彈性模量小、耐蝕性優良等特性，已大量應用于重要承力構件。將鈦和鋁連接形成異種輕金屬結構可以發揮兩種材料的性能潛力，在艦船、車輛、現代交通等領域有很好的應用前景。

但是實現鈦合金與鋁的焊接難度很大。1)鈦合金的熔點達到1400℃，純鋁的熔點只有660℃，當溫度達到鈦的熔點時，鋁大量燒損蒸發；2)鈦合金與鋁的導熱系數和線脹系數相差很大，鋁的導熱系數和線脹系數分別約是鈦合金的導熱系數和線脹系數的16倍和3倍，在焊接應力的作用下易產生裂紋；3)鈦與鋁都極易氧化，鈦在600℃以上生成TiO₂，鋁和氧作用生成Al₂O₃氧化膜(熔點2050℃)，在焊縫及界面形成脆性層，增加金屬的脆性。4)鈦與鋁的晶格結構不同，屬于難熔合的材質，不采用非常規手段難以實現二者的熔焊連接。

國家發明專利(ZL200610068957.5)提出一種鈦與鋁異種有色金屬的擴散連接方法，可以實現鈦與鋁的擴散焊接。但采用這項技術屬固相連接，要求有性能良好的真空擴散焊裝備，對被連接件的表面加工、裝配和潔凈度有很高的要求，而且加熱、保溫、冷卻需要較長的時間，焊接效率低，特別是受設備限制難以實現現場焊接。因此，若能在電弧熔焊條件下實現對鈦合金與鋁異種輕金屬的焊接，對簡化焊接工藝、擴大應用場合、提高鈦與鋁焊接效率和降低生產成本將有重要的意義。

發明內容

本發明為解決現有技術的不足，提出一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護焊方法。采用這種方法能夠獲得鈦與鋁熔合良好、無裂紋的焊接接頭，能夠滿足鈦合金與純鋁異種金屬結構在生產中的使用要求。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護焊方法，包括如下步驟：

(1)將鈦合金一側接頭處打磨出倒角，然后涂覆助熔劑，冷風吹干；所用的助熔劑為粒度200-300目的混合物粉末，混合物粉末由下述組分組成：NaF?10％～20％、B₂O₃?18％～24％、Cr₂O₃?10％～18％、Fe₂O₃?5％～10％、TiO₂?5％～10％、MnO?5％～8％，其余為SiO₂，以質量百分比計，使用時加溶劑調成糊狀；

(2)對純鋁一側接頭處用刮刀進行刮削，將Al-Si-Cu合金填充焊絲用金相砂紙打磨光潔，將涂覆助熔劑的鈦合金與純鋁平板對接，放置在充惰性氣體的保護罩中，以Al-Si-Cu合金焊絲作為填充材料進行脈沖焊接，焊接參數為：基值電流50A～90A、脈沖電流48A～80A、脈沖持續時間5s～10s、脈沖頻率35Hz～65Hz，焊接電壓12V～24V，三元混合氣體流量12L/min～20L/min；

(3)焊接結束后，將被焊件放置在烘箱或保溫箱中緩慢冷卻至室溫，冷卻至室溫的被焊件再用50℃～70℃溫水清洗后自然晾干。

上述保護焊方法，步驟(1)中助熔劑混合物粉末，用丙酮或無水乙醇調成糊狀涂覆在鈦合金一側的接頭處，涂覆厚度0.4mm～0.6mm，用電吹風的冷風吹干。

步驟(2)所述的Al-Si-Cu合金填充焊絲的化學成分為：Si?4.5％～6.0％，Fe?0.8％～0.9％，Cu?0.3％～0.4％,Mn?0.05％～0.08％，Mg?0.05％～0.10％，Zn?0.1％～0.2％，Ti?0.2％～0.3％，余為Al，以質量百分比計。

步驟(2)所述的焊接焊槍噴嘴離工件的距離10mm～14mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是70°～85°，焊接電弧稍偏向鈦合金一側。