[发明专利]一种接合铝和钛的熔焊方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及一种铝合金和钛合金的接合方法，具体地，涉及在航空航天工业中使用的这种方法。

背景技术

通常已知当制造用于航空结构的半成品和结构元件时，一些需求特性通常不能彼此独立地同时被优化。因此，带有在空间中可变特性的单片金属结构元件如今在航空工业中有很大需求。结构元件承受各种各样相矛盾的限制，这些限制需要对材料和工作条件作出具体选择，而这些选择可能导致并不令人满意的妥协。专利申请US 2005/156095描述了对于制造飞机的座椅安装轨道来说，有利地是使用具有很高耐腐蚀性的材料，例如钛合金。然而，钛合金很昂贵，并且具有比铝合金更大的密度，这对于在商用飞机制造中对减少成本和重量的恒定需求来说是不利的。因此，建议制作一种座椅安装导轨，其带有由第一材料——例如高强度铝合金——制成的下截面和由不同于第一材料的第二材料——例如钛合金——制成的上截面。所述第一和第二材料通过均匀的冶金互连(metallurgical interconnection)或粘结来相互连接。

在焊接技术中，可以区分出两个主要的种类。在熔焊方法——例如电阻点焊接、火花对头焊接、激光焊接、电弧焊和电子束焊接——中，焊接在熔点之上在液相中进行。在固态焊接——例如摩擦焊接、摩擦搅拌焊接或扩散焊接——中，焊接在熔点下在固相中进行。

钛和铝的扩散焊接已经在“Properties of diffusion weldedhybrid joints titanium/aluminium，J.Wilden，JP Bergmann，S.Herz，Proceedings of the 3rd International Brazing and SolderingConference，April 24-26，2006，Crowne Plaza Riverwalk Hotel，SanAntonio，Texas，USA，pp 338-343)”中报道。然而，所获得的组件的强度小于100Mpa。

关于熔焊技术，为了将铝合金焊接到钛合金，可以考虑两种选择：第一种选择是在高于钛合金熔化温度的温度下焊接，从而使铝合金和钛合金都熔化；第二种选择是在高于铝合金的熔化温度但低于钛合金的熔化温度的温度下焊接，后一种情况在此也被称为“硬钎焊(weld-brazing)”。

专利US 4,486,647说明了第一种选择：提供足够的焊接能，从而使铝合金和钛合金在熔化界面处熔化。然而，当熔化物固化时，产生大量的钛-铝合成物，导致接合处产生低于大约100Mpa的弱机械强度。

第一种选择还在“Laser processing of aluminum-titaniumtailored blanks，M.Kreimeyer，F.Wagner，F.Vollersten，Opticsand Lasers in Engineering 43(2005)1021-1035”中报道。在这个文献中报道了一种方法，其中通过在经传导将铝基金属加热的同时熔化钛基金属来实现接合。然而，在这种情况中仍获得大约200Mpa的有限强度。

专利US 2,761,047提供了为了使用惰性气体电弧焊炬将铝和铝合金接合到钛和钛合金的硬钎焊条件。已公开的方法包括清洁步骤，该清洁步骤最好当焊炬具有非自耗电极并且是超高频交流电类型时完成。

没有填充金属(filler metal)的铝和钛的激光硬钎焊也在“Investigation of Laser-Beam Joined Titanium-Aluminum HybridStructures，Applied Production Technology APT’07，Bremen，September 17-19，2007”中报道。相比于第一种选择，机械强度增强了，然而，对于在T4状态下的TiAl6V4合金和6065合金之间的焊缝(在焊接到T6状态后进行时效)来说，机械强度仍不高于242Mpa。在会议上报道的接合速度大约为0.2m/mn，由此带来大约20mm宽的受热影响区。

已经证明将铝硬钎焊到钛的是困难的，接合的强度可以增强并且加工产量可以被改进。需要一种改进的方法，该方法能够高产量地将铝合金部件硬钎焊到钛合金部件，并能提供高强度焊接接头。

发明内容

本发明的第一个目的是一种方法，其将包含铝合金的第一构件(1)接合到包含钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件(2)，该方法包括步骤：