[發明專利]一種Al-Ti合金異種金屬焊接方法

在審

• 申請號: 201910269314.4
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN109822094A
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 顧成義;徐剛;魯金忠;沈華賓;羅開玉
• 申請（專利權）人: 江蘇海宇機械有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F7/06;B23K26/21;B23K26/323;B33Y10/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 馮燕平

本發明涉及激光焊接和激光增材制造領域，具體涉及一種Al?Ti合金異種金屬焊接方法。本方法通過使用成分梯度變化的過渡金屬板連接Al?Ti合金異種金屬的方式，從而將異種金屬之間的焊接轉化為同種金屬之間的焊接，有效地解決了鋁和鈦由于熔點相差較大而造成的難以焊接的問題，并且有效的避免了Al?Ti異種金屬焊接過程中Al?Ti脆性相的形成，從而改善了鋁?鈦合金異種金屬焊接質量，提高了鋁?鈦合金異種金屬焊接件的使用壽命。

技術領域

本發明涉及激光焊接和激光增材制造領域，具體涉及一種Al-Ti合金異種金屬焊接方法，能夠通過使用成分梯度變化的過渡金屬板連接Al-Ti合金異種金屬的方式，有效地解決了Al和Ti合金由于熔點相差較大而造成的難以焊接的問題，并且有效的避免了Al-Ti異種金屬焊接過程中Al-Ti脆性相的形成，從而改善了Al-Ti合金異種金屬焊接質量，提高了Al-Ti合金異種金屬焊接件的使用壽命。

背景技術

鈦及鈦合金具有比重小、比強度高、抗腐蝕性能強、高溫和低溫力學性能良好等優點，廣泛應用于航空、航天、艦船、化工、汽車和生物醫學等各個領域。鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。Al合金和Ti合金異種金屬焊接件主要應用于航空航天領域。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接可以采用連續或脈沖激光束加以實現，激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10⁴-10⁵W/cm²為熱傳導焊，此時熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于10⁵-10⁷W/cm²時，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點。

Al合金和Ti合金由于在熔點和反射率等物理和化學性質的差異，造成了焊接的困難。由于Al合金和Ti合金在物理和化學成分上的差異，導致直接焊接這兩種金屬容易導致脆性金屬間化合物相Al-Ti相的產生。Al-Ti脆性相的產生會導致Al-Ti合金異種金屬焊接件發生脆性斷裂，顯著地降低焊接件的使用壽命。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種Al-Ti合金異種金屬焊接方法。

本發明采用的具體技術方案，步驟如下：

(1)將兩個送粉器同時置于工作臺表面，開始成分梯度變化的過渡金屬板的制備。激光增材制造的參數為：激光功率280-320W,送粉速度為100-1000mm/min，光斑直徑為0.12-0.14mm，每層增材的厚度為0.05mm，每層的Al合金粉末送粉速度和Ti合金粉末送粉速度的比為[100-(n-1)100/(N-1)]：[100(n-1)/(N-1)],其中，N為增材總層數，n為正在打印的層數。

(2)每完成一層粉末的打印，分別改變兩個送粉器的送粉速度以改變混合粉末的比例，進行下一層金屬的打印。第一層的粉末為質量比例100％的Al合金,第二層鋁合金粉末質量比例為[100-100/(N-1)]％，Ti合金的粉末質量比例為(100/(N-1))％。第三層為粉末質量比例[100-(200/N-1)]％的Al合金，[200/(N-1)]％的Ti合金，依次Al合金粉末的比例遞減，Ti合金粉末的比例遞增，直至第N層即最后一層的粉末質量比例為100％的Ti合金粉末。

(3)完成整個過渡金屬增材制造過程后，取出制備完成的過渡金屬板，過渡金屬板的長度為L，層數為N，長度和層數之間滿足關系L＝0.05N mm，過渡金屬板的厚度和待焊金屬的厚度相同，元素的梯度沿過渡金屬的長度方向變化。

(4)對過渡金屬板和待焊合金基體待焊部位進行打磨，直至兩者的待焊表面的氧化層被去除。