[發明專利]一種環形結構件無限位擴散連接方法

有效

• 申請號: 201811222787.0
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109226953B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 唐斌;張曉強;李金山;朱雷;寇宏超;王軍;王毅;孫智剛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K20/02
• 分類號: B23K20/02;B23K20/14;B23K20/233;B23K20/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種環形結構件無限位擴散連接方法，將TiAl輪緣內環形面以及Ti₂AlNb輪芯環形面設計為傾斜界面；擴散連接中，隨著膨脹距離差的產生，TiAl輪緣沿傾斜界面自動下落，保證TiAl/Ti₂AlNb合金連接面一直處于接觸狀態。當TiAl輪緣到溫后，Ti₂AlNb輪芯尚未達到擴散連接溫度仍繼續膨脹，此后Ti₂AlNb輪芯便會擠壓TiAl輪緣，便在擴散連接面上產生擴散連接壓力，實現TiAl合金輪緣與Ti₂AlNb合金輪芯的擴散連接。本發明通過設計合適的環形連接件結構，不施加外界徑向壓力，不施加約束，不添加夾具，僅依靠自身結構特點在擴散連接面上產生合適的、簡單可控的擴散連接壓力。整個擴散連接過程僅施加2MPa的下壓力，保證下落過程的順利進行，使得整個擴散連接過程工藝簡單，對設備的需要大大減小，減少了成本。

技術領域

本發明涉及固態焊接領域，具體是一種外層金屬膨脹系數較大的異種金屬間化合物環形結構件擴散連接的方法。

背景技術

Ti-Al系金屬間化合物，具有低密度、高比強度和良好的抗氧化性等特點，是理想的輕質高溫金屬結構材料，在航空發動機與航天飛行器等領域擁有廣泛的應用前景。其中TiAl合金的使用溫度可達700-900℃，Ti₂AlNb合金使用溫度可達650℃。但是，Ti-Al系合金具有本征脆性及難加工性，限制了其應用。擴散連接是實現金屬間化合物復雜件成形的重要方法，因此研究和發展TiAl/Ti₂AlNb合金擴散連接方法至關重要。環形結構的擴散連接件，因其結構特殊性，難以在擴散連接面上產生足夠的擴散連接壓力，加大了擴散連接難度。學者針對這一難題進行了相關研究，選取一定的擴散連接方法或者選取一定的輔助裝置在環形結構擴散連接面上產生有效的擴散連接壓力。

文獻“膨脹壓差法擴散連接殘余應力數值模擬”研究了鈦合金(Ti-6Al-4V)以及銅合金(QA110-3-1.5)筒形件的擴散連接。在850℃-60min-10μm間隙配合工藝條件下，實現了鈦合金與銅合金筒形件的擴散連接，但是在靠近端面的接觸界面上存在明顯的未焊合區域，殘余應力較大。該方法是利用外層金屬Ti-6Al-4V合金膨脹系數較小，通過簡單間隙裝配在加熱過程中即可獲得大小合適的膨脹壓差。但是該方法僅適用于外層金屬膨脹系數較小的擴散連接結構，并未涉及外層金屬膨脹系數較大時如何在連接面上產生擴散連接壓力。

北京航空大學鄧云華博士2014年發表在Materials Letters的文獻“Study onrigid restraint thermal self-compressing bonding-A new solid state bondingmethod”研究了Ti-6Al-4V同種金屬間的擴散連接。文獻采用一種剛性約束熱自壓擴散連接方法，對待焊接材料進行約束，限制其膨脹位移，并在待連接面周圍利用熱源加熱實現擴散連接。在850℃條件下成功獲得無明顯缺陷的擴散連接接頭，接頭力學性能與基體性能相當。該方法是通過約束材料的位移，使得材料在加熱膨脹時相互擠壓產生連接壓力，實現擴散連接。但是TiAl合金塑性較差，對環形件進行約束，容易造成應力開裂。

鋼研院在公開號為CN103447759A的發明創造中提出了一種采用熱等靜壓擴散連接制備雙合金整體葉盤的方法。將預先熱等靜壓成形的粉末高溫合金FGH91盤體與徑向固定好的鑄造高溫合金K4188葉片環機加工、間隙裝配、焊接，制成雙合金整體葉盤包套，在400～500℃真空條件下將FGH91合金粉末裝入盤體及葉片環的間隙內并密封，最終進行熱等靜壓處理，實現了盤體與葉片的冶金結合。在1200℃/4h/130Mpa條件下獲得質量良好的雙合金整體葉盤。該方法需制作整體葉盤包套并真空裝填高溫合金粉末再進行熱等靜壓，工藝復雜。