[發明專利]一種鈦合金與可伐合金的異種金屬電子束焊方法

有效

• 申請號: 201810460065.2
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108637447B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 蔣小松;方永建;莫德鋒;孫大明;邵甄胰;朱德貴;朱旻昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00;B23K15/06
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;陳明龍

本發明公開了一種鈦合金與可伐合金的異種金屬電子束焊方法，具體包括如下步驟：（1）取鈦合金、可伐合金、銅箔和鈮箔，將其表面清潔干凈；（2）將經過表面清理的鈦合金、可伐合金、銅箔和鈮箔交替對接放置；（3）焊接：將放置好的試樣固定在夾具中，夾緊，真空室內采用電子束焊機進行焊接。本發明異種金屬焊接方法，采用雙過渡層，通過調整焊接工藝參數及材料選擇在焊縫處形成固溶體過渡，從而阻止鈦、鐵元素相互擴散，避免脆性化合物的形成，所得焊縫具有硬度較低，抗拉強度高，無氣孔及裂紋等優點。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金與可伐合金的焊接方法，特別是一種鈦合金與可伐合金的異種金屬電子束焊接方法，屬于材料焊(連)接技術領域。

背景技術

鈦和鈦合金由于其高強韌性、高的熔點、極好的腐蝕性能和低密度被廣泛應用于石油化工、低溫和航空工業。可伐合金是一種與硅硼硬玻璃線膨脹系數相似，擁有不錯的低溫組織穩定性的合金，居里點較高，是國際上通用的硬玻璃封接合金，其主要應用于電真空元件制造以及封裝領域。

微型金屬杜瓦裝置為紅外焦平面探測器的低溫工作環境提供良好的電、機、熱、光傳輸通道，是紅外焦平面探測器封裝和保護的關鍵裝置。鈦合金與可伐合金是制造杜瓦裝置的主要材料。但是，針對杜瓦材料所使用的鈦合金與可伐合金異種金屬之間的焊接卻存在較多的問題，主要是因為不同金屬材料在物理與化學性能上的差異(如膨脹系數、比熱容、熱導率、熔點、化學成分等的差異)會導致焊接接頭形成較大的殘余應力。而且，Ti元素與可伐合金中的Fe、Ni元素極易形成大量TiFe、TiFe₂等脆性相，導致焊件在焊接應力作用下斷裂。

如何解決鈦、鈦合金和可伐合金之間的焊接問題成了提升關鍵電子元件的技術重點、難點，如果能夠解決兩者之間的結合困難問題，那么就可以顯著提升相關設備、元器件的穩定性、精確度等，使之達到更加優秀的水平。

2017年10月，在國際鋼鐵研究學報上發表了一篇名為鈦合金與可伐合金異種金屬擴散焊接方法，該焊接方法包括以下步驟：將疊放好的試樣置于真空熱壓爐上壓頭和下壓頭之間，需保持試樣與壓頭間良好的軸向對中性，通過上壓頭對待焊試樣施加預壓力15～30MPa，卸壓；真空熱壓爐抽真空至5×10^-1Pa以下；以10℃/min的速率升溫，將爐溫升至一定溫度后，進行初次保溫保壓，促進界面接觸；然后降低壓力，升溫至擴散焊接溫度700-850℃保壓120min，結束后，卸壓，先緩冷，然后隨爐冷卻。該方法所得焊縫殘余應力較高，脆性金屬化合物(TiFe、TiFe₂等)大量存在，不利于獲得性能穩定的焊接接頭。

電子束焊接是一種先進的焊接技術，其通過利用會聚的高速度電子來轟擊金屬表面，利用產生的能量來加熱被焊的金屬，以達到良好熔合的目的。其具有熱影響區小，高束流密度和對焊接位置準確控制等特點，適合于異種金屬間的焊接。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中存在鈦合金與可伐合金焊接性能不佳的不足，提供一種鈦合金與可伐合金異種金屬電子束焊方法。

相比于常用的擴散焊、激光焊工藝的局限性，本發明提供異種金屬電子束焊接方法，設計雙過渡金屬層在電子束作用下實現連接，優化鈦合金與可伐合金之間的焊接質量。滿足更高的工藝品質要求，符合不同的應用情況，達到更優的材料綜合性能表現水平。

為了實現上述發明目的，本發明提供一種技術方案：

一種鈦合金與可伐合金的異種金屬電子束焊方法，具體包括如下步驟：

(1)試樣表面清理：取鈦合金、可伐合金、銅箔和鈮箔，將其表面清潔干凈。

(2)試樣放置：將經過表面清理的鈦合金、可伐合金、銅箔和鈮箔交替對接放置；放置時，順序為鈦合金-鈮箔-銅箔-可伐合金或可伐合金-銅箔-鈮箔-鈦合金。即鈦合金需與鈮箔相接觸，可伐合金需與銅箔相接觸，鈦合金與可伐合金位于箔片兩側。