用于钛合金与钢连接的氩弧焊-钎焊复合焊接方法技术

本发明专利技术属于焊接技术领域，涉及一种用于钛合金与钢焊接的氩弧焊－钎焊复合焊接方法。钛合金与钢焊接时，用Ｎｂ作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对钛合金和Ｎｂ中间层进行氩弧焊接，再对钛合金＋Ｎｂ中间层与钢进行钎焊。本发明专利技术提出使用Ｎｂ作为中间层，利用熔焊和钎焊分别对Ｎｂ和钛合金和钢两种母材焊接的办法，阻隔了两种母材中钛和铁的直接接触，避免了钛合金和钢直接焊接时形成脆性相从而造成裂纹。采用铜锰基钎料和银铜钛钎料钎焊Ｎｂ与钢，选择的钎料所对应的钎焊温度避免了对钛合金母材性能的损伤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于焊接
，涉及一种用于钛合金与钢焊接的氩弧焊-钎焊复合焊接方法。
技术介绍
钛及钛合金比强度高、耐蚀性能好，在航空、航天、核工业、石油、 化工等领域得到了广泛的应用。随着钬合金应用的日益增多，钛与其它 金属的焊接，尤其是钛合金与钢的连接与复合已经成为需要解决的基本 问题。在钛合金与钢的焊接过程中， 一方面由于二者线膨胀系数、热导率 相差较大，在焊接加热和冷却过程中变形不同，导致接头形成较大内应力；另一方面，由于钛和铁之间的固溶度很小，在焊接接头容易形成脆 性的金属间化合物，如TiFe、 TiFe2、 ci相等。另外，钢中的碳易与钛形 成脆性的间隙相TiC。这些脆性相的形成，降低了异种金属焊接接头的 接合强度以及塑性、韧性。美国的《焊接科学与技术》中公开了一种采用钩极氩弧焊连接钛合 金与一种低碳钢，在钛合金与低碳钢的焊缝中存在脆硬的(Fe， Ti, V) 三元相，难以实现钢与钛合金的熔焊。(作者玛亚等。"钛与钢焊接用 焊丝研究"。焊接科学与技术，2001 ( 4 )， P240-246 )(M.MaryaandS.Liu. "Search for filler metal for welding of ferrous alloys to titanium". Science and Technology of Welding and Joining, 2001， Vol.6(4): p240-246 )Nb作为填充材料进行真空电子束焊或作为中间扩散层进行扩散焊已 见报道(李亚江，王娟，刘鹏。"异种难焊材料的焊接及应用"。化学 工业出版社，2004年P186-188 )，但并未给出釆用Nb做填充材料利 用电子束焊及扩散焊的接头性能数据。釆用中间层Nb进行真空电子束焊 在工艺上较难控制，且需要特种设备，工艺较复杂；对于扩散焊，需要 加压，对设备也有一定的要求，工艺相对也比较复杂。釆用熔焊与钎焊 相结合的方法，两种方法均为常规焊接方法，操作简便易行，无需专用焊 接设备。此外，Ti与Nb无限互溶，利用常规熔焊方法可以很容易实现二者的连接，而Nb与钢中的Fe、 Ni均能生成一定的金属间化合物相而 影响接头性能。若Nb与钢侧釆用熔焊，高温下熔池中的Nb-Fe、 Nb-Ni 反应剧烈。而釆用温度较低的钎焊方法，在母材和Nb中间层不熔化的情 况下，能够相对抑制Nb-Fe、 Nb-Ni之间的反应，从而减少金属间化合物 的生成。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种避免熔焊及钎焊引起的界面裂紋、保证 在低于绝大多数钛合金(3相转变温度下进行连接并能避免高温连接对钛 合金母材性能损伤的用于钛合金与钢焊接的氩弧焊-钎焊复合焊接方法。本专利技术的技术方案是钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在 充氩箱中使用钛焊丝对钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金 +Nb中间层与钢进行钎焊。钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对 钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金+Nb中间层与钢进行真空 钎焊。所述钎焊的钎料为铜锰基钎料或银铜钛钎料，其中，银铜钛钎料成 分为铜含量的重量百分比为25%~40%，钬含量的重量百分比不大于7%, 余量为银；铜锰基钎料为铜锰镍钎料和铜锰钴钎料两种，铜锰镍钎料的 成分为锰含量的重量百分比为20%~30%,镍含量的重量百分比为4%~ 22%，余量为铜；铜锰钴钎料的成分为锰含量的重量百分比为20%~ 30%, 钴含量的重量百分比为4%~10%，余量为铜。本专利技术的优点是本专利技术提出使用Nb作为中间层，利用熔焊和钎焊 分别对Nb和钛合金和钢两种母材焊接的办法，阻隔了两种母材中钛和铁 的直接接触，避免了钛合金和钢直接焊接时形成脆性相从而造成裂紋。 采用铜锰基钎料和银铜钛钎料钎焊Nb与钢，选择的钎料所对应的钎焊温 度避免了对钛合金母材性能的损伤。本专利技术提出使用低钛含量的银铜钛钎料合金钎焊Nb与钢，利用钬的 活性促进Nb与钎料发生反应，同时钎料中钛含量较低还避免了过多的钬 与钢中的铁发生反应形成脆性相，两种原因的综合使得利用该钎料钎焊 的接头性能较高。接头的室温拉伸强度可以提高到266. 6MPa 附图说明图1是采用Cu-Mn26-Nil0(wt. %)钎料在960°C/10min的钎焊条件 下获得的Nb与0Crl7Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。图2是釆用Cu-Mn24-Co5(wt. %)钎料在960°C/10min的钎焊条件下 获得的Nb与0Crl7Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。图3是釆用Ag-Cu35. 2-TiL 8 (wt. %)钎料在910°C/15min的钎焊 条件下获得的Nb与0Crl7Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。图4是釆用Ag-Cu27. 5-Ti4. 4 (wt. W钎料在910°C/15min的钎焊 条件下获得的Nb与0Crl7Ni4Cu4Nb接头组织背散射电子像。 具体实施例方式钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对 钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金+Nb中间层与钢进行钎焊。钛合金与钢焊接时，用Nb作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对 钛合金和Nb中间层进行氩弧焊接，再对钛合金+Nb中间层与钢进行真空 钎焊。所述钎焊的钎料为铜锰基钎料或银铜钛钎料，其中，银铜钛钎料成 分为铜含量的重量百分比为25%~40%，钛含量的重量百分比不大于7%, 余量为银；铜锰基钎料为铜锰基镍钎料和铜锰基钴钎料两种，铜锰基镍 钎料的成分为锰含量的重量百分比为20%~30%，镍含量的重量百分比 为4%~22%,余量为铜；铜锰基钴钎料的成分为锰含量的重量百分比 为20%~30%，钴含量的重量百分比为4%~10%,余量为铜。本专利技术使用Nb做中间层，在钛合金与Nb中间层用氩弧焊实现连接， Nb中间层与钢之间用钎焊实现连接。具体实施方式是对钬合金与Nb用 填充钛焊丝在充氩箱中氩弧焊实现连接，Nb与钢侧用下述钎料其中之一 进行真空钎焊(1) 铜锰基钎料，为铜锰基镍钎料和铜锰基钴钎料两种，其中铜锰 基镍钎料的成分为锰含量的重量百分比为20%~30%,镍含量的重量百 分比为4%~22%，余量为铜；铜锰基钴钎料的成分为锰含量的重量百 分比为20%~30%,钴含量的重量百分比为4%~10°/ ，余量为铜。(2) 银铜钬钎料，其中铜含量的重量百分比为25%~40%,含钬量 不大于7 %,余量为银。使用上述钎焊方法时，推荐的钎料为铜锰基钎料，使用形式为粉状，推荐的最佳钎焊工艺参数为钎焊温度900 980°C，钎焊保温时间0~ 60 miri;推荐的钎料为银铜钛钎料，使用形式为箔状，推荐的最佳钎焊 工艺参数为钎焊温度800~ 960°C，钎焊保温时间0~60min。 具体工艺步骤如下(1) 熔焊前装配利用夹具将钛合金与Nb中间层进行定位；(2) 熔焊钛合金与Nb中间层定位完成后连同夹具一起放入充氩 箱中，填充Ti焊丝实现钛合金与Nb的连接；(3) 钎焊前装配利用夹具将熔焊好的钛合金+Nb与钢进行定位， 在连接界面处加入钎料；(4) 加热将定位好的焊件放入真空加热炉中，待真空度不低于 3xl0—2pa后，以5~18 K/min的升温速度加热，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钛合金与钢焊接的氩弧焊－钎焊复合焊接方法，其特征在于，钛合金与钢焊接时，用Ｎｂ作为中间层，先在充氩箱中使用钛焊丝对钛合金和Ｎｂ中间层进行氩弧焊接，再对钛合金＋Ｎｂ中间层与钢进行钎焊。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶雷，熊华平，程耀永，毛唯，李晓红，陈波，吴欣，周媛，
申请(专利权)人：中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]