[发明专利]一种用于钛-钢异种金属MIG焊接工艺方法及使用的焊丝

说明书

本发明提供了一种用于钛‑钢异种金属MIG焊接工艺方法及使用的焊丝，方法为将钢板需要焊接的一侧用Cu‑Ni焊丝进行包边并打磨成45±2.5°的坡口形成Cu‑Ni合金预包边；坡口端面与钢板之间的最小厚度为1‑3mm；将钛板需要焊接的一侧预制45±2.5°坡口；钢板与钛板之间的间隙为1‑1.5mm；用Cu‑Ni焊丝进行焊接。本发明采用常规MIG直流焊接方式，操作简单易行，成本低廉、适用范围广。焊后抗拉强度可达200MPa以上。

技术领域

本发明属于异种金属焊接工程技术领域，尤其是涉及一种用于钛-钢异种金属MIG焊接工艺方法及使用的焊丝。

背景技术

钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁性、高韧性、可焊接等突出特性而被广泛用于例如航空航天、石油化工、各类地面武器装备等各个领域。随着国民经济的快速发展，钛合金的需求量大概以每年20%-30%的速度增加。但是完全采用钛合金制备各种大型构件的成本非常高，并且相比钢铁材料其加工难度也很大。因此，实现两种材料的良好焊接，将同时发挥钛合金的上述优点及钢铁材料易加工的便捷性，这有利于扩大钛合金的应用范围并极大的降低综合成本，具有重要的现实意义。

钛和钢焊接难点在于Fe在α-Ti中的固溶度很小，在室温下仅有0.05%-0.1%。进行熔焊时，随着焊缝温度的降低Fe和Ti形成脆性极大的TiFe、TiFe₂、Ti₂Fe等金属间化合物，从而导致断裂。另外，Fe的膨胀系数大约是Ti的1.5倍，两者线膨胀系数差异巨大，极易因为热膨胀而导致裂纹，严重的可能导致焊缝与母材的剥离。再者，钢的热导率是钛合金的5倍，钛侧极易因为热量散发不出去而导致熔化量增加。这即增加脆性含Ti化合物的生成，也影响焊接过程的稳定性，增加焊接缺陷的产生。当温度高于α→β转变的临界温度时，钛晶粒长大的倾向也会引起焊接困难。在靠近熔合线的热影响区内，晶粒长大使焊接接头的强度和塑性降低。

为解决上述问题，钛\钢异种金属的焊接一般采用钎焊、扩散焊等方法。上述方法焊接温度相对较低，一方面降低脆性相的产生，另一方面也可以降低热应力。但是，该方法焊接过程复杂、不利于大型复杂结构的焊接，并且接头强度较低。采用爆炸焊虽然可以将焊后强度提高到500MPa以上，但其过程也非常复杂，不适用于小件及结构复杂的构件。相对而言，熔化焊适用范围更广。有研究人员用激光、电子束等能量源，在钛和钢之间加入和Ti、Fe都有一定相溶性并且形成的金属间化合物脆性小于Ti、Fe相的金属中间层，例如Cu、Ni、V、Nb等，进行焊接。但该方法设备成本高，难以普遍使用。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于钛-钢异种金属MIG焊接工艺方法及使用的焊丝，以克服现有技术的不足。

本发明采用常规的MIG焊接方式，具有适应面广、简便易操作的特性。本发明使用与Ti具有一定相熔性的Cu、Ni合金做成的焊丝为填充材料。Fe与Cu和Fe与Ni的固溶度大。使用Cu-Ni焊丝在铁一侧进行包边，包边后可以隔绝Ti、Fe在焊缝区的混合及互扩散，从而避免Ti-Fe脆性金属间化合物的形成，增加焊接强度及韧性。Cu和Ni与Ti有一定的固溶度。能够实现有效焊接。Ti的热导率低，为防止钛合金焊接时发生过烧，使用铜板夹紧钛板以加强散热，使焊接热影响区的组织转变中形成以下介稳定相：α′、α″、ω和β。这些相能显著地改善焊接接头金属的性能。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种用于钛-钢异种金属MIG焊接工艺方法，将钢板需要焊接的一侧用Cu-Ni焊丝进行包边并打磨成45±2.5°的坡口形成Cu-Ni合金预包边；坡口端面与钢板之间的最小厚度为1-3mm；将钛板需要焊接的一侧预制45±2.5°坡口；钢板与钛板之间的间隙为1-1.5mm；用Cu-Ni焊丝进行焊接。