[發明專利]TiAl金屬間化合物的焊接方法

有效

• 申請號: 201610311815.0
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105855735B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 馬鐵軍;陳曦;李文亞;張勇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02;B23K103/10;B23K103/14
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種焊接方法，特別涉及一種TiAl金屬間化合物的焊接方法。

背景技術

TiAl金屬間化合物作為一種先進的輕質高溫結構材料，使用溫度達700～1000℃，因其具有高的比強度、比模量、良好的抗氧化性、抗蠕變性及優良的高溫強度、剛度及低的密度等，所以在飛機發動機系統所選用的新一代高溫整體葉盤中，以明顯的優勢成為極具吸引力的候選材料。但是TiAl金屬間化合物的室溫脆性、難變形加工性一直是困擾其推廣應用的難題，其焊接性差更是業界的難題。此外，采用現有的熔焊方法進行焊接，不但需要耗費大量的焊前準備工作時間從而降低了生產效率，同時在焊接過程中也需耗費大量的保護氣體，導致了生產成本的增加。

文獻1“Won-Bae Lee,Young-Jig Kim,Seung-Boo Jung.Effects of copper insert layer on the properties of friction welded joints between TiAl and AISI 4140structural steel.Intermetallics,2004(12),671-678.”公開了一種TiAl金屬間化合物與AISI 4140結構鋼異種接頭的旋轉摩擦焊接方法。該方法分兩步實現：第一步先采用旋轉摩擦焊工藝將棒狀純銅工件焊接到AISI 4140結構鋼后，去處接頭處的飛邊和多余的純銅；第二步將所得的AISI/純銅工件以純銅端為待焊面與TiAl工件再次進行旋轉摩擦焊接，從而獲得以純銅為中間層的異種TiAl金屬間化合物/AISI 4140結構鋼旋轉摩擦焊接頭。

該方法雖然利用純銅中間層避免了焊接界面中裂紋的產生，但是純銅中間層的制備增加了焊接工序，降低了生產效率，其所得接頭的拉伸性能也只有375MPa，低于母材強度。而且由于旋轉摩擦焊只能焊接棒狀工件，因此其應用也受到較大的限制。

發明內容

為了克服現有TiAl金屬間化合物的焊接方法焊接接頭強度差的不足，本發明提供一種TiAl金屬間化合物的焊接方法。該方法采用一種新型的固相焊接工藝：線性摩擦焊(Linear Friction Welding:LFW)，LFW打破了傳統旋轉摩擦焊的局限性，可用來焊接非圓形截面(包括矩形、方形等)的金屬、塑料等工件，極大地擴展了摩擦焊接的應用領域。其次，該方法輔以在線去應力退火工藝，利用火焰槍或感應加熱線圈對焊件進行在線去應力退火，可有效解決焊接熱裂紋傾向嚴重及接頭力學性能較低的不足。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種TiAl金屬間化合物的焊接方法，其特點是包括以下步驟：

(a)先將TiAl金屬間化合物待焊工件分別放入線性摩擦焊機振動端和頂鍛端的焊接夾具中，固定夾具后，調節待焊工件的待焊面間距至1～2mm。將火焰槍或者感應加熱線圈固定在待焊工件四周。其中火焰槍噴頭距離待焊面的間距為30～50mm；感應線圈的直徑應大于待焊工件焊接面的長度尺寸8～10mm。

(b)采用LFW技術，選擇工藝參數：摩擦壓力70～80MPa，頂鍛壓力120～150MPa，振幅2～3mm，頻率30～35Hz，焊接時間4～6s，進行焊接。當焊接程序進行到頂鍛階段，保壓程序開始的0～1s內，立即使用火焰槍，或者感應加熱線圈對焊接接頭進行在線去應力熱處理，熱處理溫度1000～1200℃，熱處理時間8～15s。

(c)空冷5分鐘后拆卸焊接夾具取出TiAl金屬間化合物焊接件。

本發明的有益效果是：該方法由于采用LFW固相焊接技術，不再需要耗費大量的焊前準備工作時間，生產效率高，一般6s內即可完成焊接，同時在焊接過程中也無需耗費保護氣體，減少了生產成本。其次，在線去應力退火工藝的應用，可有效解決焊接熱裂紋傾向嚴重的問題。并且其易于實施易于裝卸，與預制純銅中間層的方法相比工序更少，生產效率高，且其接頭力學性一般與母材力學性能相當，無需再進行焊后熱處理。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明。

附圖說明

圖1是本發明TiAl金屬間化合物的焊接方法所涉及的在線去應力退火裝置中火焰槍的裝配示意圖，其中A為火焰槍噴嘴。

圖2是本發明TiAl金屬間化合物的焊接方法所涉及的在線去應力退火裝置中感應加熱圈的裝配示意圖，其中B為感應加熱圈。

圖3是本發明方法實施例獲得的接頭外表面照片。

圖4是本發明方法實施例獲得的接頭截面光鏡照片。

圖5是本發明方法實施例獲得的接頭拉伸試樣結果照片。

具體實施方式