[发明专利]一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝TIG焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于异种材料的焊接技术领域，特别涉及一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝TIG焊接方法。 

 

背景技术

钛合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。钛合金的应用涉及到许多领域，以在航空航天领域中的应用最突出。铝合金在飞机制造中是主要的结构材料，大部分关键承载部件(如机翼、外壳、尾翼等)由铝合金制造，钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。铝具有比强度高、加工性好、物理、力学性能优越、抗腐蚀等优点，在很多应用领域中被认为是最为经济实用的材料。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示出优良的抗腐蚀性。铝的表面具有高度的反射性。铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。由于钛合金和铝合金具有某些特殊的性能，Ti与A1复合构件作为一种新型结构材料在航空航天领域及化工电解工业得到应用，Ti/Al复合结构具有稳定性好、隔热隔音和耐高温等性能，可以最大限度的发挥两种材料的特性潜力，钛合金和铝在工业上的应用非常重要，有很多工业交叉的领域，这使得铝和钛的连接具有重要意义。

但是，铝和钛的连接难度很大。钛与铝的物理化学性质(如熔点、晶体结构、导热系数、热膨胀系数等)相差很大，特别是钛在加热和冷却时极易发生脆化，采用常规的熔焊方法实现Ti与A1的可靠连接有一定难度，当达到Ti的熔点时，A1元素烧损蒸发。Ti是活性金属，在300℃开始强烈氧化，温度越高氧化性越严重，生成TiO₂等氧化物，在焊缝中形成脆硬的Ti-A1金属间化合物脆性层，使焊缝脆化或产生，即在焊接过程中，由于在室温条件下Ti和Al之间的溶解度极小，由于铝钛金属之间的热物理化学性能相差很大，用传统的焊接方法焊接时会产生大量的脆性的金属间化合物，从而影响接头性能。目前，Ti/Al 异种合金的传统的焊接方法主要有电弧熔钎焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊等。

电弧加热集中，热输入量小，操作方便，节能高效又易于实现自动化，这种焊接方法钎焊后变形很小，对装配间隙不敏感，并且加热时间短，消耗小，成本低，加热区窄，加热更为集中，热输入量小，热影响区窄，钎焊后变形小。但是，在实现铝钛异种金属连接成型的过程中，如果采用一般单纯电弧钎焊方法，焊接过程有如下缺点：钛金属的散热大、现有设备昂贵、生产周期长。

李亚江等学者研究了Ti与Al的真空扩散焊，并对扩散界面附近的组织和微观相结构进行分析。然而，扩散焊是将两焊件紧密叠合，接触面积较大，而且需要在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散完成焊接。但是这种方法对焊接工艺和参数要求比较高，容易造成焊接处的化合物组分及组织大小不一致，而且该焊接方法要求真空环境下成型，从经济生产性来看，成本较大，不适合大批量铝钛材料连接成型。

发明内容

本发明为解决上述现有焊接技术的不足，提供一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝TIG焊接方法。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝TIG焊接方法，包括以下步骤：

1）选择厚度为2.5-3.5mm的等厚度的钛合金板和纯铝板，在两板的侧边开等尺寸的坡口，两板的侧边坡口对接形成的V型结构的角度为10-20度，然后分别对于钛合金板和纯铝板待焊接部分进行表面处理，处理流程为：使用砂纸打磨——金属清洗液除油——水洗——稀氢氟酸腐蚀——水洗——丙酮清洗——烘干，以去除板件表面的氧化层、杂质和油污；

2）先准备如下配比的溶液：93%-94%工业纯铝、4% Fe以及2%-3% Si，然后对钛合金板待焊接部分进行液浸处理，停留时间为22-28分钟，加热温度为690-720℃，形成的渗镀铝层厚度控制在80-130μm；

3）对钛合金板经过渗铝的侧边表面采用激光预处理，采用输出波长为1064nm的掺钕钇铝石榴石激光器，聚焦镜焦距为170-180mm，激光焦点距离钛合金板待焊接的侧边表面的绝对值为2.8-3.5 mm，输出连续波激光，预处理激光功率2~3 kW，扫描速率为1.5~2.5 m/min，预处理的钛合金板在平移的同时还在与平移垂直的方向上作往复移动，移动速率为1.2~2m/min；