[发明专利]添加复合中间层的钛合金-不锈钢异种金属激光焊接方法

说明书

本发明涉及激光焊接技术领域，具体是添加复合中间层的钛合金‑不锈钢异种金属激光焊接方法，该技术针对钛合金‑不锈钢异种金属接头的脆性问题，采用激光作为焊接热源，以TA2/Q235爆炸焊复合板作为中间层，通过精确控制焊接工艺参数，避免在焊接过程中产生Ti‑Fe金属间化合物，降低接头脆性，采用激光双道焊，获得包含钛合金‑TA2焊缝、未熔化的TA2、TA2‑Q235爆炸焊界面、未熔化的Q235及Q235‑不锈钢焊缝的异种金属材料的高质量、高效率焊接接头，本发明工艺步骤为：板材组对及夹紧、钛合金‑TA2/Q235爆炸焊复合中间层‑不锈钢接触面预紧力调节、激光分别在钛合金‑TA2接触面和Q235‑不锈钢接触面施焊，实现钛合金‑不锈钢异种金属的连接。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体是添加复合中间层的钛合金-不锈钢异种金属激光焊接方法。

背景技术

钛及其合金由于其具有高韧性、高比强度、良好的耐高温性、低密度、抗疲劳性好等优点，被广泛地应用于各个工业领域。在航空航天领域，钛及其合金已经代替易腐蚀的镍基合金以及铜合金等金属材料成为必要的组成部分。然而，由于钛合金本身的制造成本较高、焊接和机械加工性能较差、抗蠕变性能差使其应用受到限制。不锈钢是目前最常用的结构材料，其自身具有一系列优良的性能，如焊接性、耐磨性、力学性能，且成本相对较低。虽然不锈钢在耐蚀性方面远不如钛合金，而且比重较大。但如果将钛合金与不锈钢通过焊接的方法连接在一起，钛合金与不锈钢的焊接结构将不锈钢良好的焊接性与钛合金优异的耐蚀性相结合，这样的组合将实现两种材料在性能上的优势互补。然而，由于钛合金与不锈钢的焊接性很差，在焊后的接头中易产生大量脆性较大的Ti-Fe金属间化合物。此外，由于钛合金和不锈钢二者之间的物理、化学性能差异显著，接头中存在较大的残余应力，这会降低接头力学性能。

目前，解决这一问题的一般方法是在钛合金和不锈钢之间添加中间层(铜、镍、钴、钒)，以降低钛合金-不锈钢熔化焊接头中形成Ti-Fe金属间化合物的含量，提高接头的力学性，但是在接头中会引入新的脆性化合物，例如Ti-Cu化合物。此外，无论添加何种中间层，只要中间层完全熔化，Ti和Fe元素就会在熔池中混合并反应，在焊缝中生成Ti-Fe金属间化合物。综合以上两个原因，目前采用添加中间层的方式对钛合金-不锈钢异种金属进行熔化焊接时，焊接接头性能提高幅度较小。

首先，在接头中保留未完全熔化的复合中间层，可阻止Ti、Fe元素的混合及相互扩散，从而避免在焊接过程中形成脆性Ti-Fe金属间化合物。选择TA2和Q235作为复合中间层的组成材料，来实现此种形式的钛合金-不锈钢的焊接。采用TA2/Q235作为复合中间层时，焊接接头中包含钛合金-TA2焊缝与Q235-不锈钢焊缝及未熔化的复合中间层；未熔化的复合中间层作用是阻止Ti、Fe元素的混合及相互扩散，从而避免形成脆性Ti-Fe金属间化合物。钛合金-TA2焊缝抗拉强度可达716MPa，Q235-不锈钢焊缝抗拉强度可达650MPa。

发明内容

本发明的目的是提供一种添加复合中间层的钛合金-不锈钢异种金属激光焊接方法，针对接头的脆性问题，采用激光作为焊接热源，TA2/Q235复合层作为中间层，采用双道焊，获得了包含钛合金-TA2焊缝、未熔化的TA2、TA2-Q235爆炸焊界面、未熔化的Q235及Q235-不锈钢焊缝的焊接接头。这样，未熔化的TA2和Q235阻止了Ti、Fe元素的混合及相互扩散，完全避免了Ti-Fe金属间化合物在接头中形成。同时，在钛合金-TA2焊缝和Q235-不锈钢焊缝中也不存在其他的金属间化合物，改善焊缝微观组织，提高了接头的力学性能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种添加复合中间层的钛合金-不锈钢异种金属激光焊接方法，按以下工艺步骤进行：

a)接头形式：接头形式为I形坡口对接，复合中间层为爆炸焊形式，复合中间层厚度4mm，组焊装夹时保证钛-复合中间层-钢接触面存在一定的预紧力；