本发明专利技术涉及异种难焊材料熔化焊领域，具体地说是一种钛合金与不锈钢电子束焊接填充材料，其特征在于钛合金板和不锈钢板之间的电子束焊接填充材料包括钒层和铜铬合金层，所述铜铬合金层中各元素的原料配比按质量百分比是由铬粉30-50%，镍粉2-5%，钛粉3-7%和余量的铜粉组成，通过改变填充材料的成分，可有效的将Ti、Fe元素隔离开来而避免焊缝中形成脆性金属间化合物，从而具有焊缝致密度高、脆性小、无气孔及裂纹等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及异种难焊材料熔化焊领域，具体地说是一种。
技术介绍
航空航天业的发展对新一代发动机的性能提出了更高指标，要求发动机推力室工作压力和温度大幅度提高，同时还要提高发动机自身的推重比，进一步增强其快捷机动性能。采用钛合金取代部分钢质体与铜合金相连接用于发动机推力室身部制造，可实现局部减重10-15%，满足新一代液氧煤油大推力火箭发动机及高空分导发动机的高性能需求。同时，逐步在航天动力承载结构中使用钛合金替代部分钢质结构体亦成为今后航天器瘦身减重的重要手段之一。此外，在核动力装置中的核燃料后处理设备、卫星燃料喷注器及姿态推动控制系统中的部件、电极、电解槽、电镀、反应塔、强酸强碱容器、高尔夫球杆及医疗设备等也经常用到钛合金与钢的复合构件。采用焊接技术实现钛合金与钢的连接是最可靠的。对于钛合金与钢的焊接，由于熔化焊时接头产生大量连续分布的脆性金属间化合物，焊后极易开裂，很难实现二者连接，而钎焊、扩散焊、摩擦焊接头则在使用中受到强度、接头形式、使用条件以及生产效率的限制，不能满足使用要求。电子束焊接作为一种高能量密度的熔化焊接方法，由于焊缝深宽比大，焊缝尺寸小，能够控制接头金属的熔合比，便于通过预置过渡金属，实现焊缝合金化，易于对厚板进行焊接，是最具有应用前景的钛和钢的熔化焊方法。2010年8月13日，本申请人向国家局提交了一种复合填充层的制备方法及其电子束焊接钛金属材料与不锈钢的方法，这种复合填充层解决了钛金属材料与不锈钢对接焊接因脆性相生成极易造成焊缝强度低、脆性大的问题。其复合填充层的制备方法:将钒粉装入模具中，钒粉、铬粉、镍粉和铜粉混匀后装入模具，冷压成型，真空扩散连接处理。焊接方法:用复合填充层作中间层电子束焊接。本专利技术的复合中间层，从物理性能和化学性能两个方面实现了与待焊异种材料的匹配，实现了接头中元素分布的过渡，避免了脆性化合物层形成。该专利的焊接方法获得接头中无脆性相，接头的抗拉强度390MPa以上。其不足:一是采用的V/Cu-V合金层是在模具钢中一次制取所需要的尺寸，导致填充层的厚度控制不易精确，不利于对组织的进一步优化控制；二是采用冷压-热烧结工艺，导致合金致密度不高，使合金层在焊接过程中容易形成气孔等缺陷；三是虽然采取双道焊接工艺，但焊接速度慢，焊缝宽度较大，不能有效地避免母材的大量融化，不利于控制焊缝中脆性相的数量；四是钒铜合金层中的钒粉极易氧化，导致合金中含有一定量的钒氧化物，在焊接过程中该氧化物容易气化，形成气孔，从而导致焊缝中气孔量较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决钛合金与不锈钢焊接过程中，因两者冶金不相容性和物理性能的差异难以获得高强度接头的问题。通过改变填充材料的成分，可有效的将钛合金中的钛元素和不锈钢中的铁元素隔离开来而避免焊缝中形成脆性金属间化合物，从而获得焊缝致密度高、脆性小，焊接过程中不易氧化的。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种钛合金与不锈钢电子束焊接填充材料，其特征在于钛合金板和不锈钢板之间的电子束焊接填充材料包括钒层和铜铬合金层，钒层一端与钛合金板焊接，另一端经铜铬合金层与不锈钢板之间焊接，以使各层的厚度控制更加精确，有利于对组织的进一步优化控制，所述铜铬合金层中各元素的原料配比按质量百分比是由铬粉30-50%，镍粉2-5%，钛粉3-7%和余量的铜粉组成。本专利技术所述铜铬合金层的的制备工艺步骤如下: 一、在充满氩气的手套箱内按质量百分比秤取一定质量且未氧化的铜粉、铬粉、镍粉和钛粉，置于装有直径不等的钢球的球磨罐中，向球墨罐中充入一个大气压的氩气，以利于避免粉末氧化，密封球磨罐，将球磨罐置于行星式球磨机上进行球磨混合， 二、将球磨机混合均匀后的合金在氩气的保护下置于具有一定强度的石墨模具中，且石墨模具的拔模斜度优选为1.5°，并在真空热压烧结炉内热压烧结成形，在恒定压力下保温制备铜铬合金板，以保证合金的致密度更高，有助于焊接过程中消除气孔， 所述钒层的制备:可直接从纯净的钒铸锭上切取。本专利技术所述铜铬合金层中铜粉粒度为200-400目，铬粉粒度为350-500目，镍粉粒度为350-500目，钛粉粒度为350-500目，铜铬合金层中各元素的纯度在99.95%以上。本专利技术所述球磨机中的球粉比为20:1-50:1，球磨转速为200— 700r/min，球磨时间可为18—48h。本专利技术所述烧结工艺采用二次烧结，烧结压力为30—40Mpa，其包括初次烧结和复压烧结，初次烧结温度为700— 900°C，保温l_2h，二次烧结温度为850— 1000°C，保温时间为 1.5—2.5h。本专利技术所述的填充材料适合于l_5mm的钛合金与不锈钢的电子束焊接，所述铜铬合金层的厚度为h在0.5-1.7mm,其中I凡层厚度0.5-1.0mm。 本专利技术所述钛合金与不锈钢电子束焊接方法步骤如下:采用电子束焊接前，在制备好的铜铬合金板上切取合适尺寸的铜铬合金层，在钒铸锭上切取合适尺寸的钒层，对铜铬合金层和钒层进行打磨去除表面切痕，再将其在丙酮中进行超声波清洗，再分别进行酸洗，然后采用高速水流进行冲洗，以去除填充材料表面的油污和氧化膜，待干燥后将钒填充层和铜铬填充层置于钛合金与不锈钢对接缝内，刚性固定在带成形槽的夹具中，以确保填充材料间以及填充材料与对接面间间隙小于0.1mm，然后置于真空电子束焊机真空室内，待真空室真空度达到4.5X 10_5Pa，进行点固焊接，焊接时的束流为3-5mA，点固位置间距为8-20mm，点固时电子束流作用于钛合金和钒界面或者钒层和铜铬合金层界面，焊件用夹具刚性固定，填充层与对界面间隙d低于0.1mm,焊接过程分两次焊接，第一道焊接时束流作用点作用于钒层上，距离钒层与钛合金接触面之间距离&为0.2-0.6mm，第二道焊接时束流作用点与第一道焊束流作用点距离&为0.5-1.5m，两道焊的时间间隔在2min以内，焊接方式为表面聚焦，工艺参数为加速电压40-100kV，束流20-35mA，焊接速度700-1500 mm/min。本专利技术由于采用上述材料和方法，解决了现有技术中的实质性技术问题，具有以下优点:一、使填充材料中各层的厚度控制更加精确，有利于对组织的进一步优化控制。二、通过采用热压烧结工艺和石墨模具制作，使合金致密度更高，有助于焊接过程中消除气孔。三、通过采用本专利技术中的双道焊接工艺，提高了焊接速度的范围，使焊缝的宽度较小，更有效的避免母材的大量熔化，有利于控制焊缝中脆性相的数量。四、本专利技术通过采用铜铬合金层，由于铬的抗氧化性能好，铜铬合金层中氧化物杂质得到极大的控制，有效的消除了原工艺中容易出现气孔的问题。附图说明 图1是本专利技术石墨模具的示意图。图2是本专利技术中热压烧结工艺示意图。图3是本专利技术预置填充材料示意图。图4是本专利技术电子束流作用位置示意图。图5是本专利技术中钛侧焊缝区显微组织形貌，由钛钒固溶体和铜基固溶体组成。图6是本专利技术中不锈钢侧焊缝区形貌，在靠近钢母材的区域由铜和铁基固溶体组成。附图标记:1、钛合金板，2、钒层，3、铜铬合金层，4、不锈钢板。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明: 如附图所示，一种钛合金与不锈钢电子束焊接填充材料，其特征在于钛合金板I和不锈钢板4之间的电子束焊接填充材料包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛合金与不锈钢电子束焊接填充材料，其特征在于钛合金板和不锈钢板之间的电子束焊接填充材料包括钒层和铜铬合金层，钒层一端与钛合金板焊接，另一端经铜铬合金层与不锈钢板之间焊接，所述铜铬合金层中各元素的原料配比按质量百分比是由铬粉30?50%，镍粉2?5%，钛粉3?7%和余量的铜粉组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王廷，张秉刚，冯吉才，陈国庆，张艳桥，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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