[发明专利]钛、铝异种金属的焊接方法

说明书

本发明公开了一种钛、铝异种金属的焊接方法，包括如下步骤：S1、焊前处理：焊接前先对钛板和铝板的油污、氧化膜和毛刺去除，然后钛、铝合金分别采用不同的化学试剂清洗然后吹干待用；S2、安装吹气系统；S3、调节工艺参数；S4、建立数学模型。本发明不添加任何中间材料进行对接焊实验，采用多管式吹气管对焊缝上下两端进行侧吹，同时选择合理的偏置距离、焊接速度以及激光功率，对热输入量进行合理的控制和分配，从而减少了金属间化合物的厚度，得到了良好的焊接接头，为异种材料焊接的研究提供了参考。本发明钛、铝异种金属的焊接方法加工速度快、效率高、工艺简单、接头强度高等，且接头的抗拉强度达到铝母材的80％以上，断裂伸长率达到5.42％。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体涉及一种钛、铝异种金属的焊接方法。

背景技术

在汽车、航空等领域，为了实现轻量化，钛合金和铝合金的连接受到越来越多的关注和重视。钛，铝异种金属的连接方法主要有搅拌摩擦焊、电阻点焊、扩散焊、超声波焊和激光焊等。与传统焊接方法相比，激光焊具有可控性好，热输入量小等特性，特别是光纤激光器，还具有较好的光束质量和稳定性，可以对热输入量进行合理的控制和分配。

由于钛合金和铝合金物化性能差异较大导致其焊接极其困难，其中主要有两点：首先钛合金在不同温度下与空气中的氢气、氮气和氧气等发生反应形成脆性化合物，严重的降低了接头的抗拉强度，所以合理的吹气方式是保证钛、铝异种合金焊接质量的关键之一。其次是控制合理的热输入量，热输入量过低时，接头底部易出现未融合现象，此种接头的抗拉强度极低，断口比较光滑；而热输入过高时，焊缝处易出现气孔、裂纹等缺陷，同时界面容易形成较厚的脆性金属间化合物，抗拉强度也不高，断口为典型的脆性断裂。因此合理的吹气方式和热输入量的控制是钛、铝异种合金焊接的关键。

国内外研究学者吹气方式大多采用吹气管焊缝上端侧吹，同时在两种材料间加入中间材料或焊丝等方式来减少脆性化合物的产生，但其工艺复杂、效率低和接头强度不高等仍然存在一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中异种合金焊接上存在的吹气不佳、较厚的脆性金属间化合物、效率低和工艺复杂等技术问题，本发明提出一种钛、铝异种金属的焊接方法。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种钛、铝异种金属的焊接方法，包括如下步骤：

S1、焊前处理：焊接前先对钛板和铝板的油污、氧化膜和毛刺去除，然后钛、铝合金分别采用不同的化学试剂清洗然后吹干待用；

S2、安装吹气系统

多管式吹气管的安装：将多管式吹气管固定在激光出射头上，然后调节排气管的位置和方向，使管式吹气管的最前端的气管吹向光斑，且多管式吹气管平行于焊缝；

单管式吹气管的安装：单管式吹气管固定在激光出射头上，同时气管指向焊缝下端；

S3、调节工艺参数

调节工艺参数离焦量范围为-1.5～-2.5mm,多管式气体流量范围为10～20ML/s,单管式吹气管的气体流量范围为7～13ML/s；再调节工艺参数焊接速度、激光功率和偏置距离，通过控制变量法将其中两项设为定值，另外所研究项在一定范围内变化，记录绘制图像，得到焊接速度、激光功率和偏置距离的最佳参数值；

S4、建立数学模型

建立数学模型计算出激光熔钎焊的界面层形成的延迟时间在0.1744s-0.3436s内，温度在900℃以下时，界面反应层的厚度很薄。

进一步地，步骤S1中，具体化学试剂如下：