[发明专利]一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩散焊方法，尤其涉及一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法。

背景技术

钛或钛合金具有高的比强度，优异的抗腐蚀性以及良好的加工性，广泛应用于宇航、医疗、冶金等领域，被称为当代新崛起的第三金属。但限制钛合金应用推广的首要问题是价格昂贵。而不锈钢价格较低，是工业上较常用的一种材料。钛或钛合金与不锈钢的复合构件，能充分发挥二者在性能上与经济上的优势互补，在航空航天、国防及化学工业等部门有着广阔的应用前景。

真空扩散焊是一种精密的固相连接方法，它是指在一定的温度、压力、保压时间等条件下，使工件连接表面只产生微观塑性变形，界面处的原子相互扩散而形成接头。特别适合于性能差别大、互不溶解、相互间易产生脆性相的异种材料连接。

文献“Characterization of transition joint of commercially pure titanium to 304stainless steel，M.Ghosh，S.Chatterjee.Materials Characterization，2002，48(5)：393-399”公开了一种纯钛和304不锈钢直接扩散焊的方法，该方法所焊接头的最大抗拉强度仅为纯钛强度的68％，强度较低。

文献“Diffusion bonding of commercially pure titanium to 304 stainless steel usingcopper interlayer，S.Kundu，M.Ghosh，A.Laik，K.Bhanumurthy，G.B.Kale，S.Chatterjee.Materials Science and Engineering A，2005，407(1-2)：154-160”公开了一种添加铜中间层扩散焊纯钛和304不锈钢的方法，所得接头强度接近于纯钛的强度。然而，考虑到所添加第三种材料中间层往往降低了接头的耐蚀性和接头性能过渡的连续性，并且所采用的中间层材料微米级铜箔加工成本较高，所以这种方法在多数情况下是不允许的。

申请号为02133239.8的中国专利“钛铝基合金与钢的一种活性复合梯度阻隔扩散焊接方法”公开了一种钛铝基合金和钢的活性复合梯度阻隔扩散焊方法，该方法通过将一系列微米级钛、镍、铜、铌金属箔加入二者之间，实现了二者的有效连接，但同样存在所用中间层成本高和降低接头耐蚀性及性能过渡连续性的缺点。

发明内容

为了克服直接扩散焊强度较低以及添加第三种材料中间层损失接头性能和成本较高的不足，本发明提出了一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法。

本发明采用与焊接工件材质相同的板材叠预先焊出块体结构，之后沿纵向加工出一些列厚度的薄片，将薄片经过处理之后垂直置于焊接工件之间进行扩散焊。所得接头抗拉强度可以达到弱侧工件强度的80％以上，可以满足绝大多数钛/钢复合构件的服役性能要求。

本发明的具体过程包括以下步骤，

步骤1，清理板材表面；选择相同厚度的钛或钛合金与不锈钢板材作为制备结构中间层的原材料。打磨板材的表面，使其表面粗糙度Ra≤1.6μm；将打磨后的浸入丙酮中超声波清洗5min，冷风吹干，得到清理后的钛或钛合金与不锈钢板材；所选择的钛或钛合金与不锈钢板材与焊接工件材质一致。

步骤2，叠放待焊块体；将处理过的钛或钛合金与不锈钢板材交替叠放，形成待焊块体。叠放时，须使待焊块体的纵截面面积略大于焊接工件的待焊面面积。

步骤3，焊接待焊块体。将待焊块体整体置于真空扩散焊炉内的上压头和下压头之间，在上压头和下压头与待焊块体之间放置阻焊层，进行焊接。焊接时对待焊块体施加预压力0.5～1MPa。真空扩散焊炉抽真空至3～6×10^-3Pa。以10℃/min的速率对真空扩散焊炉加热，将炉温由室温升至230℃时保温10min。将炉温升至900～950℃，加压5～8MPa，保温60min。保温结束后随炉冷却至100℃。冷却过程中保压。

步骤4，制备结构中间层；将焊好的块体结构沿纵向刨切成0.5～2mm的薄片，形成结构中间层。打磨结构中间层表面和焊接工件的待焊面，使其表面粗糙度Ra≤1.6μm。将打磨后的结构中间层和焊接工件放入丙酮中超声波清洗5min，冷风吹干备用。