【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接，尤其涉及一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法。
技术介绍
1、真空容器包括真空杯(瓶、壶)、真空气压壶、真空饭盒、真空焖烧锅、真空构件及其他具有真空层结构的产品，由于真空容器种类多样，使用方便，在生产和生活中获得了广泛的应用。其中，真空杯(瓶、壶)是用于存放冷热水、饮料等液体，具有保温功能的真空保温容器；真空气压壶是用于存放冷热水，具有气压出水功能的真空保温容器；真空饭盒用于存放饭、菜、汤等食物，可附有内盒的真空保温容器；真空焖烧锅用于焖煮食物，内锅可以取出加热的真空保温容器；真空构件指的是日用器皿中与食品接触的非独立使用的真空构造部分，由内胆和外壳等组成。
2、目前的真空容器以不锈钢材质为主，但是，不锈钢真空容器存在明显缺点，首先，不锈钢材质通常含有镍、铬、锰、镉、铅等重金属元素，在盛放果汁类、汤类等酸性、含盐等成分的液体时，会造成不锈钢材质内重金属析出，不仅使饮品失味、变质，并随着饮用进入人体，长期使用会给身体健康带来严重隐患；其次，具有酸碱性的液体易腐蚀不锈钢，缩短了保温容器的使用寿命；此外，不锈钢密度大，导致真空容器质量大，野外携带不方便，这些都极大的限制了不锈钢真空容器的适用性。
3、目前，主要由钛金属制造的真空容器则能很好的克服不锈钢容器的缺点，首先，钛元素化学性质稳定，常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜抗蚀性远优于不锈钢，可盛放日常中碳酸饮料、茶水、果汁甚至是中药等液体，不易析出重金属；其次，钛元素亲和人体，钛金属具有“亲生物”性；再次
4、然而，钛金属真空容器进行真空封接难度大，目前，采用的方法主要有两种，一种方法是采用直接封接法，在容器底部开个抽真空孔，抽真空后用焊料将其封接，目前，采用的焊料有两类，一类是金属焊料(金属钎料)，如ag-cu-ti系合金，金属焊料熔化后形成液态金属润湿金属表面，实现钎焊，一类是氧化物焊料(氧化物钎料)，属于无机焊料，氧化物焊料熔化后形成的玻璃相通过润湿金属表面，实现钎焊连接，然而这两类焊料(钎料)用于钛金属封接时，由于焊料与钛金属的化学相容性差，物理性能差异较大，润湿性差，使得结合强度低，抗冲击性差，密封效果差，在钛合金上容易开裂，使得无法长期保持真空状态，保温效果差，使用寿命低；另一种方法是采用间接封接法，采用不锈钢作为过渡材料，先采用不锈钢与钛合金进行钎焊，然后，对不锈钢与焊料之间进行真空封接，这种间接连接方法一定程度上改善了封接性能，然而，首先，由于存在两次钎焊，使得第二次钎焊温度难以提升，无法实现高温抽真空，如果钎焊封接温度提高，将会影响不锈钢与钛合金的钎焊效果，在不锈钢和钛合金连接处产生应力和变形，降低结合强度和密封性，甚至导致开裂，因此，这种间接方法无法实现高温封接，由于封接温度越高，制备的真空容器真空度越高，所以也就难以满足高真空度要求；其次，由于采用两次钎焊，钎焊效率低，成本高，工艺复杂；最后，获得的组合钎焊接头耐冲击性差，密封性差，真空维持度时间短，保温效能差，使用寿命短。
5、综上所述，如何高效率大规模实现钛金属与焊料的异种材料连接以期降低成本，如何减小钛金属与焊料的物理性能差异大所导致的较大应力和变形，如何改善钛金属与焊料的化学相容性差、润湿性差等所导致的接头结合强度低、抗冲击性差、容器保温效能差、密封性差及使用寿命低等是目前亟需解决的产业关键问题。为了解决这些异种材料连接难题，需要采用新的连接方法、工艺及材料，形成钛金属与焊料异种材料连接新技术。
技术实现思路
1、针对用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接时存在连接工艺复杂，效率低，成本高，易产生脆性组织，存在较大的应力和变形，易开裂，易产生连接缺陷，结合强度低，耐冲击性差，保温效能差，密封性差，使用寿命低，难以实现高温钎焊封接等问题，本专利技术提出了一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法。
2、为达到上述专利技术目的，本专利技术是采用如下技术方案实现的：
3、一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，包括以下步骤：
4、(1)根据需要连接的钛金属a的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段b，要求金属过渡段b与钛金属a的化学相容性好；
5、(2)根据金属过渡段b和焊料d的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料r，要求熔覆材料r塑性好，熔覆材料r与金属过渡段b的化学相容性好，熔覆材料r与焊料d的润湿性好；
6、(3)选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，采用熔覆材料r对金属过渡段b的表面进行局部熔覆，制备熔覆层c，形成熔覆层c和金属过渡段b构成的双金属层l；
7、(4)对熔覆层c的表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层c一面对双金属层l进行冲压，双金属层l形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件w；
8、(5)选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，对钛金属a和双金属层冲压结构件w中的金属过渡段b实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件s；
9、(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件s与容器其他部分连接成整体，形成容器v；
10、(7)将焊料d放在容器v的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器v放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料d和容器v实施真空封接，制备成真空容器。
11、本方法采用了间接连接方法实现了钛金属与焊料的连接，首先，设计并制备金属过渡段，采用各种熔覆方法，在金属过渡段上进行局部熔覆，制备双金属层；其次，采用冲压设备对双金属层进行冲压，制备具有抽真空孔的双金属层冲压结构件；再次，通过添加焊丝或不添加焊丝，采用各种焊接方法实现钛金属与双金属层冲压结构件的金属过渡段的熔化连接；最后，采用真空炉设备，实现焊料和熔覆层的钎焊连接。本方法将增材制造技术(表面改性技术)、异种金属连接技术及异种材料钎焊技术结合起来，形成新型异种材料连接技术，制备了钛金属-金属过渡层-熔覆层-焊料的连接结构，该组合连接方法工艺简单，成本低，连接效率高，组合连接接头质量好，综合性能高。
12、一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法的基本原理如下：
13、第一，根据需要连接的钛金属a的成分、物理及化学性能特点，设计一种金属过渡段b，要求金属过渡段b与钛金属a的化学相容性好，若采用焊丝h连接钛金属a和金属过渡段b，则要求焊丝h与钛金属a和金属过渡段b的化学相容性均好。由于钛金属a和焊料d的线膨胀系数等热物理性能差异大，化学相容性差，润湿性差，若钛金属a和焊料d直接钎焊连接，则结合强度低，连接应力大，性能差，易开裂，因此，需要采用金属过渡段b进行间接连接。若不添加焊接材料，则由于金属过渡段b和钛金属a的化学相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属包括纯钛和钛合金，所述焊料包括金属焊料和无机焊料，所述熔覆材料的类型包括焊丝和粉末。
3.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B的连接形式为对接或搭接。
4.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔覆热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源。
5.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下熔覆。
6.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源对应的熔覆方
7.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述连接热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、电子束热源、激光热源和激光+电弧复合热源。
8.如权利要求7所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下连接，所述电子束热源在真空条件下连接。
9.如权利要求7所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源对应的连接方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的连接方法为非熔化极电弧焊和填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的连接方法为等离子弧焊和等离子填丝焊，所述电子束热源对应的连接方法为真空电子束焊，所述激光热源对应的的连接方法为纯激光焊和激光填丝焊，所述激光+电弧复合热源对应的的连接方法为激光熔化极电弧复合焊。
10.如权利要求9所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧焊、填丝非熔化极电弧焊、等离子填丝焊、激光填丝焊及激光熔化极电弧复合焊所采用的焊接材料为焊丝H，要求焊丝H与钛金属A和金属过渡段B的化学相容性均好。
11.如权利要求6或9所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧焊焊接模式为CMT模式、脉冲模式、直流模式或交流模式。
...【技术特征摘要】
1.一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属包括纯钛和钛合金，所述焊料包括金属焊料和无机焊料，所述熔覆材料的类型包括焊丝和粉末。
3.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属a和双金属层冲压结构件w中的金属过渡段b的连接形式为对接或搭接。
4.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔覆热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源。
5.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下熔覆。
6.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的熔覆方法为填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的熔覆方法为等离子喷焊和等离子填丝焊，所述激光热源对应的的熔覆方法为激光填丝焊和送粉激光熔覆，所述激光+电弧复合热源对应的的熔覆方法为激光熔化极电弧复合焊。
7.如权利要求1所述的一种用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡连海，卢立祥，王松涛，陈永福，马世卿，郜雅楠，桑德利，胡洁，许昌玲，张帅，王振阳，欧阳梦秋，刘杰，封越强，王俊蓉，韩凤姣，赵寿龙，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：
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