[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈦-鋼板材對(duì)接雙熱源低熱輸入釬焊方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810130330.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108296584B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃繼華;程志;葉政;楊健;陳樹(shù)海;趙興科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K1/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K1/00;B23K3/03;B23K103/18
• 代理公司: 北京市廣友專(zhuān)利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，具體涉及一種鈦?鋼板材對(duì)接雙熱源低熱輸入釬焊方法。采用雙熱源低熱輸入焊接實(shí)現(xiàn)鈦?鋼的釬焊連接，可以針對(duì)鈦與鋼的不同熱膨脹系數(shù)，通過(guò)控制正反面兩熱源能量參數(shù)，位置參數(shù)，改善焊接過(guò)程兩金屬間的熱量分布，降低鈦與鋼金屬間的熱失配，不僅有效抑制了Ti?Fe脆性化合物的生成，同時(shí)有效降低接頭殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)接頭的高效可靠連接。此外，反面熱源對(duì)接頭背面的直接加熱以及氣保護(hù)，促進(jìn)填充金屬在接頭背面的潤(rùn)濕與鋪展，極大地改善焊縫成形。本發(fā)明在焊接過(guò)程中，可通過(guò)改變沿焊接方向，正面熱源與反面熱源的相對(duì)位置，提供相當(dāng)于焊前預(yù)熱或焊后熱處理等工藝。本發(fā)明方法操作容易，可適用于釬焊，熔化焊和熔釬焊等焊接形式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料加工工程領(lǐng)域，具體涉及一種鈦-鋼板材對(duì)接雙熱源低熱輸入釬焊方法。

背景技術(shù)

鈦及鈦合金，有著良好的低溫韌性和高溫強(qiáng)度，尤其是較高的比強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)制造。然而，鈦的成本較高，限制了其在工程領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用。不銹鋼作為應(yīng)用廣泛的工程材料，價(jià)格低廉，有著良好的熱導(dǎo)性能和機(jī)械性能。將鈦和鋼兩種金屬采用焊接方法連接使用，不僅能夠充分利用和發(fā)揮各自材料的優(yōu)勢(shì)特性，還能降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。

盡管鈦-鋼異種金屬的連接兼有性能和經(jīng)濟(jì)性的雙重優(yōu)勢(shì)，鈦-鋼的焊接一直是異種金屬連接領(lǐng)域中的難點(diǎn)問(wèn)題。其原因在于：鈦與鋼在焊接過(guò)程中，會(huì)生成Ti-Fe金屬間化合物，相較于鈦-鋁與鋼-鋁異種金屬焊接時(shí)形成的Ti-Al、Fe-Al金屬間化合物，Ti-Fe化合物極脆，一旦連續(xù)生成，直接導(dǎo)致接頭開(kāi)裂。更嚴(yán)重的是，鈦合金與不銹鋼之間熱膨脹系數(shù)差異較大，在焊接冷卻過(guò)程中，兩種材料之間的熱應(yīng)力失配更加惡化了接頭的開(kāi)裂趨勢(shì)。正因如此，當(dāng)前仍無(wú)解決鈦-鋼高效可靠連接的有效方法。

為了保證鈦-鋼的焊接，必須采用第三種金屬作為填充材料，抑制Ti-Fe金屬間化合物的生成。銅因?yàn)榕c鈦、鋼金屬間良好的化學(xué)相容性以及其優(yōu)異的力學(xué)性能，成為當(dāng)前鈦-鋼連接研究最常用的填充金屬。更重要的是，銅的熔點(diǎn)約為1080℃，較鈦(1680℃)與鋼(1530℃) 都低，可以通過(guò)熔化銅金屬對(duì)固態(tài)鈦、鋼進(jìn)行潤(rùn)濕，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼的純釬焊連接，以抑制脆性金屬間化合物的生成。然而，采用傳統(tǒng)的爐中釬焊方法，需對(duì)工件進(jìn)行整體加熱，爐腔的大小限制了工件尺寸以及工件結(jié)構(gòu)，同時(shí)焊接效率低下，難以應(yīng)用于鈦-鋼板材的工程連接。而采用熔化焊焊接方法實(shí)現(xiàn)鈦-鋼釬焊連接，不僅能夠抑制接頭Ti-Fe脆性化合物的生成，提高接頭質(zhì)量，相較于傳統(tǒng)釬焊方法，焊接效率顯著提升。然而，當(dāng)前尚無(wú)資料公開(kāi)關(guān)于采用熔化焊焊接方法實(shí)現(xiàn)鈦-鋼的釬焊連接。其主要原因在于，當(dāng)前熔化焊接主要為單一熱源加熱為主，熱源對(duì)接頭局部加熱，接頭熱量分布極不均勻，在板材厚度方向會(huì)形成較大溫度梯度—靠近熱源側(cè)溫度較高，遠(yuǎn)離熱源尤其是接頭背面熱量較低。為保證接頭背面成形，必須提高焊接熱輸入，往往造成熱源加熱區(qū)域過(guò)熱。而母材一旦發(fā)生熔化，母材銅與鋼迅速熔解并于液態(tài)填充金屬銅中快速擴(kuò)散反應(yīng)，形成Ti-Fe金屬間化合物。同時(shí)，接頭的受熱不均更加惡化了接頭中殘余應(yīng)力的分布，惡化接頭性能。哈工大閆久春采用TIG熔焊焊接方法，以Cu為填充材料對(duì)鈦合金-不銹鋼進(jìn)行焊接，結(jié)果表明，采用TIG焊接方法難以有效抑制Ti-Fe脆性化合物的生成，難以獲得可靠性能的鈦-鋼接頭。接頭母材一旦發(fā)生熔化，界面以液/液界面連接，原子擴(kuò)散速度快，難以抑制Ti-Fe金屬間化合物的生成，接頭性能難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)鈦-鋼的純釬焊連接，抑制Ti-Fe脆性化合物的生成，本發(fā)明提供一種鈦-鋼板材對(duì)接雙熱源低熱輸入釬焊方法，所述方法在焊接鈦-鋼板材時(shí)，采用雙熱源在接頭正反面同時(shí)進(jìn)行加熱，利用雙熱源作用于同一熔池的協(xié)同作用，降低焊接熱輸入，并通過(guò)控制兩熱源的能量參數(shù)、位置參數(shù)，改善接頭能量分布，實(shí)現(xiàn)鈦-鋼的純釬焊連接，抑制Ti-Fe脆性化合物生成并降低接頭殘余應(yīng)力，獲得高質(zhì)量的鈦-鋼接頭。