[发明专利]TA15/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种TA1₅/Ti₂AlNb异种材料的激光焊接方法。

背景技术

随着航空航天产品对高速度、远航程等要求的日益提高，现有常规铝合金、钛合金及高温合金已很难满足产品需求，对于轻质、耐高温材料的需求越来越迫切。Ti₂AlNb金属间化合物由于其优异的高温强度、比强度以及较低的密度，越来越多的被应用于上述领域。但由于Ti₂AlNb制造工艺复杂，且合金中的Nb元素为稀贵金属，因此与常规钛合金相比，Ti₂AlNb基合金材料的制造成本较高，并且其在某些可加工性等方面仍不如常规钛合金，这些问题在一定程度上限制了该种材料的推广应用。

而实际上，航空航天产品中大部分热端部件并非工作在恒定温度下，同一部件不同部位承受的温度和要求的力学性能也不同，如果可以根据产品服役环境的性能要求采用不同材料，必然可以在不降低产品性能的情况下降低生产成，这就涉及到异种材料的焊接。TA1₅钛合金是一种常用的近α相钛合金，其加工工艺较为成熟，可以用于环境温度和力学性能要求较低的零件制备，TA1₅与Ti₂AlNb可以满足航空航天产品部件不同部位对温度和力学性能的要求。但两种材料物理化学性能差异较大，焊接过程中对焊接热出入较为敏感，容易出现焊缝冷裂纹、焊缝力学性能较低等问题，焊接难度较大。

激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接热输入小、适应性强、易于实现自动化等优点，可以满足未来航空航天产品结构复杂多样的需求，特别适用于对焊接热输入要求较为严格的材料焊接。但目前对TA1₅/Ti₂AlNb异种材料激光焊接的研究较少，缺乏一种控制TA1₅/Ti₂AlNb异种材料激光焊缝力学性能及焊缝冷裂纹、氧化等缺陷的激光焊接工艺方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种TA1₅/Ti₂AlNb异种材料的激光焊接方法，克服了现有技术的上述不足，可以有效的降低TA1₅/Ti₂AlNb异种材料焊缝冷裂纹敏感性，获得良好的焊缝内部质量及外观质量，焊缝接头平整美观，无氧化、裂纹等缺陷，综合性能较好，同时可以有效的降低成本。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

一种TA1₅/Ti₂AlNb异种材料的激光焊接方法，焊接前将TA1₅钛合金及Ti₂AlNb金属间化合物酸洗、烘干后机械打磨，将表面氧化皮、油污等杂质清理干净，试板清理后在8小时内完成焊接；焊接前保证二者对接装配间隙小于0.05mm，然后用Nd：YAG固体激光器脉冲模式进行焊接，焊接时采用并排双光斑模式，并采用99.99％的高纯氩气进行焊缝正反面保护，焊缝收弧时，选用连续衰减的锯齿形激光输出，使焊接弧坑在反复熔化凝固过程中逐渐缩小封闭。

优选地，其具体步骤如下：

一、清理：焊前将距TA1₅钛合金和Ti₂AlNb金属间化合物焊缝中心周围20mm～50mm范围内进行酸洗、机械打磨，保证氧化皮、油污等清理干净，焊缝对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后采用丙酮或无水酒精擦拭干净，材料清理后应在8小时内完成焊接，否则应重新进行清理；

二、装配：将清理干净的TA1₅钛合金和Ti₂AlNb金属间化合物板装卡固定，保证对接间隙不大于0.05mm，然后用夹具固定在具有背部充气保护装置的焊接工装上；

三、选取：焊接过程中所选用的激光器为Nd：YAG灯泵浦固体激光器，采用脉冲激光模式进行焊接；

四、调整：焊接前将激光光斑向TA1₅钛合金一侧偏移0.1mm～0.2mm；

五、吹气：焊接过程中采用99.99％的高纯氩气进行正反面保护，正面侧 吹气流量为15～20L/min，背部保护气流量为4～6L/min；

六、开始焊接。

优选地，1mm板材对接时阶差应不大于5％母材壁厚，2mm～3mm板材对接时阶差应不大于10％母材壁厚。