[发明专利]用于钛合金与钢连接的氩弧焊－钎焊复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种用于钛合金与钢焊接的氩弧焊-钎焊复合焊接方法。

背景技术

钛及钛合金比强度高、耐蚀性能好，在航空、航天、核工业、石油、化工等领域得到了广泛的应用。随着钛合金应用的日益增多，钛与其它金属的焊接，尤其是钛合金与钢的连接与复合已经成为需要解决的基本问题。

在钛合金与钢的焊接过程中，一方面由于二者线膨胀系数、热导率相差较大，在焊接加热和冷却过程中变形不同，导致接头形成较大内应力；另一方面，由于钛和铁之间的固溶度很小，在焊接接头容易形成脆性的金属间化合物，如TiFe、TiFe₂、σ相等。另外，钢中的碳易与钛形成脆性的间隙相TiC。这些脆性相的形成，降低了异种金属焊接接头的接合强度以及塑性、韧性。

美国的《焊接科学与技术》中公开了一种采用钨极氩弧焊连接钛合金与一种低碳钢，在钛合金与低碳钢的焊缝中存在脆硬的(Fe，Ti，V)三元相，难以实现钢与钛合金的熔焊。(作者：玛亚等。“钛与钢焊接用焊丝研究”。焊接科学与技术，2001(4)，P240-246)(M.Marya and S.Liu.“Search for filler metal for welding of ferrous alloys to titanium”.Scienceand Technology of Welding and Joining，2001，Vol.6(4)：p240-246)

Nb作为填充材料进行真空电子束焊或作为中间扩散层进行扩散焊已见报道(李亚江，王娟，刘鹏。“异种难焊材料的焊接及应用”。化学工业出版社，2004年：P186-188)，但并未给出采用Nb做填充材料利用电子束焊及扩散焊的接头性能数据。采用中间层Nb进行真空电子束焊在工艺上较难控制，且需要特种设备，工艺较复杂；对于扩散焊，需要加压，对设备也有一定的要求，工艺相对也比较复杂。采用熔焊与钎焊相结合的方法，两种方法均为常规焊接方法，操作简便易行，无需专用焊接设备。此外，Ti与Nb无限互溶，利用常规熔焊方法可以很容易实现二者的连接，而Nb与钢中的Fe、Ni均能生成一定的金属间化合物相而影响接头性能。若Nb与钢侧采用熔焊，高温下熔池中的Nb-Fe、Nb-Ni反应剧烈。而采用温度较低的钎焊方法，在母材和Nb中间层不熔化的情况下，能够相对抑制Nb-Fe、Nb-Ni之间的反应，从而减少金属间化合物的生成。

发明内容

本发明的目的是：提供一种避免熔焊及钎焊引起的界面裂纹、保证在低于绝大多数钛合金β相转变温度下进行连接并能避免高温连接对钛合金母材性能损伤的用于钛合金与钢焊接的氩弧焊-钎焊复合焊接方法。

本发明的技术方案是：钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金+Nb中间层与钢进行钎焊。

钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金+Nb中间层与钢进行真空钎焊。

所述钎焊的钎料为铜锰基钎料或银铜钛钎料，其中，银铜钛钎料成分为：铜含量的重量百分比为25％～40％，钛含量的重量百分比不大于7％，余量为银；铜锰基钎料为铜锰镍钎料和铜锰钴钎料两种，铜锰镍钎料的成分为：锰含量的重量百分比为20％～30％，镍含量的重量百分比为4％～22％，余量为铜；铜锰钴钎料的成分为：锰含量的重量百分比为20％～30％，钴含量的重量百分比为4％～10％，余量为铜。

本发明的优点是：本发明提出使用Nb作为中间层，利用熔焊和钎焊分别对Nb和钛合金和钢两种母材焊接的办法，阻隔了两种母材中钛和铁的直接接触，避免了钛合金和钢直接焊接时形成脆性相从而造成裂纹。采用铜锰基钎料和银铜钛钎料钎焊Nb与钢，选择的钎料所对应的钎焊温度避免了对钛合金母材性能的损伤。

本发明提出使用低钛含量的银铜钛钎料合金钎焊Nb与钢，利用钛的活性促进Nb与钎料发生反应，同时钎料中钛含量较低还避免了过多的钛与钢中的铁发生反应形成脆性相，两种原因的综合使得利用该钎料钎焊的接头性能较高。接头的室温拉伸强度可以提高到266.6MPa

附图说明

图1是采用Cu-Mn26-Ni10(wt.％)钎料在960℃/10min的钎焊条件下获得的Nb与0Cr17Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。

图2是采用Cu-Mn24-Co5(wt.％)钎料在960℃/10min的钎焊条件下获得的Nb与0Cr17Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。