[发明专利]一种钛-钢合金高强度扩散连接方法

说明书

本发明涉及一种钛‑钢合金高强度扩散连接方法，属于焊接技术领域。本发明的方法包括：在钛合金焊件和钢合金焊件的焊接面之间增加复合中间层，然后置于真空扩散炉中进行扩散连接，使所述钛合金焊件和所述钢合金焊件通过复合中间层连接成为一体结构，其中，所述复合中间层采用镍箔、铜箔和铌箔复合而成。通过采用镍、铜、铌为复合中间层与钛合金和钢合金进行扩散连接，提高了钛合金与钢合金的连接强度，能够适应航空、航天等高端装备领域的制造技术要求。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种钛-钢合金高强度扩散连接方法。

背景技术

钛与钢的复合构件，同时具有钛和钢的优点，又能节约钛资源，能充分发挥两种材料在性能与经济上的互补优势，在航天、航空及石油化工等领域具有广阔的应用前景。钛与钢的复合构件除了在设计和结构上必须合理以外，本身还应该满足强度、真空致密性、热稳定性、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和尺寸精度等多种要求。但是由于钛与钢的线膨胀系数、热导率相差较大, 在焊接加热和冷却过程中易产生较大的内应力; 钛与铁的互溶度极小,钛会与钢中的铁、铬、镍、碳形成复杂的脆性金属间化合物，大量脆性金属间化合物, 使接头脆性增加、强度降低。目前钛合金与钢连接的主要方法有扩散连接、爆炸焊以及钎焊。

目前，钎焊主要采用银基钎焊，钛基焊料进行两者的连接。虽然能获得一定使用性能的接头，但是接头的强度较低，现报告的接头强度不超过300MPa，难以满足实际要求。

爆炸焊主要用于板-板复合材料的连接，钛钢的爆炸焊接窗口较窄，钛钢复合板(特别是大面积钛钢复合板) 的制备技术和生产工艺仍存在一定问题，尤其在结合率和复合板性能上仍达不到某些领域的特殊要求。

扩散焊中，按有无中间层的特征分为：不加中间层的焊接方法，加中间层的焊接方法。例如，对钛合金TC4与不锈钢1Crl8Ni9Ti无中间层扩散焊接接头进行分析得出以下结论：由于母材组元的相互扩散和迁移，在交界面附近形成了一个由固溶体、金属间化合物组成的多层次过渡组织，主要由TiFe2及TiFe脆性相组成，严重的影响了接头的性能，接头强度低。采用填加中间层的方式是解决两者连接的途径之一，而钛只能与很少几种元素相互固溶而实现焊接,采用合理的中间层可以提高钛、钢连接的质量，但现有技术的中间层容易产生脆性相或低熔点共晶，影响焊接质量。以及，焊接工艺过于复杂，不利于实际的生产应用。

因此，为解决现有技术的不足，发明人提供了一种钛-钢合金高强度扩散连接方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种钛-钢合金高强度扩散连接方法，采用通过合理的复合中间层，能够实现钛合金与钢合金的可靠连接，接头强度显著提高，解决了现有技术中钛-钢合金扩散连接的难题。

本发明的实施例提出了一种钛-钢合金高强度扩散连接方法，该方法包括：在钛合金焊件和钢合金焊件的焊接面之间增加复合中间层，然后置于真空扩散炉中进行扩散连接，使所述钛合金焊件和所述钢合金焊件通过复合中间层连接成为一体结构，其中，所述复合中间层采用镍箔、铜箔和铌箔叠层复合而成。

进一步地，所述复合中间层的镍箔厚度为1um-10um，铜箔厚度为10um-50um，铌箔厚度20 um -100um。

进一步地，所述复合中间层的箔层从上到下顺序为：镍箔、铜箔、铌箔，将所述复合中间层置于所述钛合金焊件和所述钢合金焊件之间，材质顺序依次为：钛合金、铌箔、铜箔、镍箔、钢合金。

进一步地，置于真空扩散炉中进行扩散连接时，真空度为8×10^-3Pa～1×10^-3Pa，焊接压力为2～10MPa，焊接温度为1143K-1243K，焊接时间为120min～240min。

进一步地，在焊接前，所述钛合金焊件、所述钢合金焊件以及所述复合中间层的焊接面均需采用物理清洁的方式进行表面清洁。