[發(fā)明專利]采用復合中間層的鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710559221.6 | 申請日： | 2017-07-11 |
| 公開（公告）號： | CN107127454B | 公開（公告）日： | 2018-10-02 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 谷曉燕;劉東鋒;張巖;孫大千;谷曉鵬 | 申請（專利權(quán)）人： | 吉林大學 |
| 主分類號： | B23K26/323 | 分類號： | B23K26/323 |
| 代理公司： | 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100 | 代理人： | 王怡敏 |
| 地址： | 130000 吉*** | 國省代碼： | 吉林;22 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 采用 復合 中間層 鈦合金 不銹鋼 金屬 激光 焊接 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種采用復合中間層的鈦合金?不銹鋼異種金屬激光焊接方法，屬于材料焊（連）接技術(shù)領(lǐng)域。采用激光作為焊接熱源，Ta/V/Fe復合層作為中間層材料，從而控制鈦合金?釩焊縫中ω脆性相及釩?不銹鋼焊縫中σ脆性相的形成，降低接頭脆性，改善接頭的性能。采用兩道焊，獲得包含鈦合金?釩焊縫、未熔化的釩層及釩?不銹鋼焊縫的異種金屬材料的高質(zhì)量、高效率焊接接頭。工藝步驟為：板材組對及夾緊→鈦合金?中間層?不銹鋼接觸面預緊力調(diào)節(jié)→激光分別沿Ta中間層中心線和Fe中間層中心線施焊，實現(xiàn)鈦合金?不銹鋼異種金屬的連接。優(yōu)點在于：焊接過程穩(wěn)定，焊縫成形美觀，無裂紋、氣孔、咬邊、未焊透、未熔合等焊接缺陷，焊接工藝性能好。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及材料焊（連）接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用復合中間層的鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接方法。用于航空航天、醫(yī)療、石油化工及核工業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
鈦及鈦合金因其具高比強度、抗腐蝕性及加工性良好等優(yōu)點，廣泛應用于航空航天、醫(yī)療、石油化工、核工業(yè)等制造領(lǐng)域。但是其昂貴的價格限制了鈦合金作為結(jié)構(gòu)件的大規(guī)模推廣應用。因此，鈦合金與其它金屬材料，尤其是鈦合金與不銹鋼的復合構(gòu)件成為結(jié)構(gòu)制造的重要發(fā)展方向。鈦合金-不銹鋼熔化焊焊接接頭中易產(chǎn)生大量脆性較大的Ti-Fe金屬間化合物。并且由于鈦合金和不銹鋼二者之間的物理、化學性能差異顯著，接頭中存在較大的殘余應力，這會降低接頭力學性能。
添加銅、鎳、鈷等中間層材料，可以減少鈦合金-不銹鋼熔化焊接頭中的Ti-Fe金屬間化合物，提高接頭的力學性，但是在接頭中會引入新的脆性化合物，例如Ti-Cu化合物。雖然其脆性比Ti-Fe金屬間化合物低，但仍然增加了接頭的脆性斷裂的風險。并且，只要中間層在焊接過程中完全熔化，就不可完全避免Ti-Fe金屬間化合物在接頭中形成。
在接頭中保留未完全熔化的中間層，可阻止Ti、Fe元素的混合及相互擴散，從而避免形成脆性Ti-Fe金屬間化合物。Nb和V作為中間層材料，已被用來實現(xiàn)此種形式的鈦合金-不銹鋼的焊接。采用V作為中間層時，焊接接頭中包含鈦合金-釩焊縫與釩-不銹鋼焊縫及未熔化的釩中間層；未熔化的釩中間層作用是阻止Ti、Fe元素的混合及相互擴散，從而避免形成脆性Ti-Fe金屬間化合物。鈦合金-釩焊縫抗拉強度可達548MPa，釩-不銹鋼焊縫抗拉強度可達504MPa。但是，鈦合金-釩焊縫中易形成ω脆性相，釩-不銹鋼焊縫中易形成σ脆性相，這些脆性相不利于進一步提高接頭性能提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用復合中間層的鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明針對接頭的脆性問題，采用激光作為焊接熱源，Ta/V/Fe復合層作為中間層，采用兩道焊，獲得包含鈦合金-釩焊縫、未熔化的釩層及釩-不銹鋼焊縫的鈦合金-不銹鋼焊接接頭。這樣，未熔化的釩層阻止Ti、Fe元素的混合及相互擴散，完全避免了Ti-Fe金屬間化合物在接頭中形成。同時，在鈦合金-釩焊縫添加Ta元素，改變焊縫化學成分，從而抑制鈦合金-釩焊縫中ω脆性相的形成。通過在釩-不銹鋼焊縫中添加Fe元素，從而使得釩-不銹鋼焊縫中Fe的濃度升高，抑制焊縫中σ脆性相的形成，改善焊縫微觀組織，提高了接頭的力學性能。本發(fā)明的工藝步驟為：板材組對及夾緊→鈦合金-中間層-不銹鋼接觸面預緊力調(diào)節(jié)→激光分別沿Ta中間層中心線和Fe中間層中心線施焊，實現(xiàn)鈦合金-不銹鋼異種金屬的連接。
本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
采用復合中間層的鈦合金-不銹鋼異種金屬激光焊接方法，按以下工藝步驟進行：
a）、接頭形式：接頭形式為I形坡口對接，復合中間層厚度為1.2～1.6mm，其中Ta層厚度為0.2～0.4mm，V層厚度為0.8～1.2mm，F(xiàn)e層厚度為0.2～0.4mm，組焊裝夾時保證鈦合金-中間層-不銹鋼接觸面存在10～50N預緊力；
b）、焊接工藝：采用Nd:YAG脈沖激光焊設(shè)備進行焊接，通過優(yōu)化焊參數(shù)，防止未熔合、咬邊焊接缺陷，改善焊縫表面成形，提高焊接質(zhì)量；
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