[发明专利]一种镁/钛合金板搭接接头的磁脉冲焊接方法

说明书

本发明涉及一种镁/钛合金板搭接接头的磁脉冲焊接方法，属于异种金属焊接技术领域，解决镁/钛板材无过渡层直接连接的技术问题，本发明使用变形能力好的钛合金板作为飞板，镁合金板作为基板，焊前对镁合金板和钛合金板分别退火处理，并进行激光清洗，同时制备特定方向的微织构，利用可控性好、精度高的磁脉冲焊驱动镁‑钛界面产生超扩散连接；除此之外，利用激光制备微织构，扩大连接界面的波状结合面积，增加冶金结合区域，同时产生机械互锁，获得镁/钛高强度磁脉冲焊接接头。

技术领域

本发明属于异种金属焊接技术领域，具体涉及的是一种镁/钛合金板搭接接头的磁脉冲焊接方法。

背景技术

镁合金具有密度低、阻尼减振能力强、优异的生物相容性和可降解性等优点。轻质金属钛及钛合金具有良好的耐高温性能、耐腐蚀性、优异的生物相容性。将镁合金和钛合金连接可以充分发挥两者的优势，有助于拓宽镁/钛复合结构在航空航天、轨道交通、汽车等领域的应用。

钛和镁的物理、化学性质相差很大，如熔点、导热系数、线膨胀系数等。另外，结合Mg~Ti平衡二元相图知，Mg、Ti之间的固溶度非常小，且二者不会形成任何金属间化合物，采用传统的熔焊和扩散焊等方法难以实现它们之间有效的冶金结合。

为了获得Mg~Ti冶金不互溶异种金属有效连接，通常需要在它们结合界面添加过渡层，如加入铝、铜、镍等与二者都可以发生冶金反应的金属材料。过渡层的添加，将增加制造工艺的复杂性和提高制造成本。如何用工艺简单、成本低的技术实现钛/镁无过渡层直接连接是亟待解决的技术问题。

近些年，有学者报道镁/钛搅拌摩擦焊，爆炸焊接等，发现在搅拌摩擦针高速的旋转、爆炸焊接高速冲击作用下镁/钛界面达到塑性变形，使镁、钛不互溶组元相互扩散形成冶金上结合。搅拌摩擦、爆炸焊接时界面将产生大变形及高应变速率，促进镁、钛冶金不互溶组元产生超扩散冶金反应。与搅拌摩擦焊接、爆炸焊接类似，磁脉冲焊接也属于高能率焊接成型，有望解决镁/钛复合结构无过渡层连接问题。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术的不足，解决镁/钛无过渡层直接连接的技术问题，本发明提供一种镁/钛合金板搭接接头的磁脉冲焊接方法。

本发明的设计构思为：通过焊前对镁合金板和钛合金板表面进行激光清洗，去除镁合金板和钛合金板表面氧化膜，同时制备特定方向的微织构，利用可控性好、精度高的磁脉冲焊驱动镁合金板和钛合金板界面产生超扩散连接；除此之外，利用激光制备微织构，焊接完成后界面产生波状结合，波状结合增加冶金结合区域，同时产生机械互锁，有利于增加镁合金板与钛合金板磁脉冲焊接接头的强度，使塑性较差的镁合金板材，与冶金上难溶，熔点相差大的钛板实现连接，制成镁/钛搭接复合接头。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种镁/钛合金板搭接接头的磁脉冲焊接方法，包括以下步骤：

S1、首先，去除镁合金板和钛合金板待焊接面的油污，丙酮擦洗后晾干；然后，分别对镁合金板和钛合金板进行退火，镁合金板的退火温度为350℃~400℃、保温时间为120min~180min，钛合金板的退火温度为750℃~780℃、保温时间为120min~180min；最后，分别沿镁合金板和钛合金板待焊接表面的宽度方向进行连续蛇形激光扫描清洗，在镁合金板与钛合金板的待焊接面制备微织构；其中：

镁合金板表面激光清洗时：调整激光功率为80W~100W，脉冲宽度为20ns，脉冲频率为20kHz，扫描速率为3000mm/s，激光束扫描线宽为35mm~45mm，深度为300μm~500μm；

钛合金板表面激光清洗时：调整激光功率为120W~150W，脉冲宽度为25ns，脉冲频率为25kHz，扫描速率为3500mm/s，钛合金板的激光束扫描线宽度比镁合金板的激光束扫描线宽度小10mm~15mm，深度为500μm~800μm；钛合金表面的微织构深度大于镁合金板表面微织构深度，通过设置激光往复扫描次数控制微织构深度；