專利名稱：一種鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于異種材料的焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法。
背景技術(shù)：
鈦合金和鋁合金是航空航天、化工、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)材料。由于鋁合金的強度及耐熱性較低，而鈦合金密度較大，價格較高，采用鈦與鋁合金連接而成的復合構(gòu)件不僅可以充分發(fā)揮鈦、鋁及其合金的性能潛力，還可以減小構(gòu)件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本以及滿足其特殊綜合使用性能的要求。然而，鈦與鋁合金的熔點、熱導率、熱膨脹系數(shù)以及晶體結(jié)構(gòu)等物理性能差異很大，焊接時Ti、Al兩種金屬液相混合容易生成大量的脆性Ti-Al金屬間化合物，形成焊接裂紋，降低接頭的綜合性能，難以滿足焊接件的使用要求。目前，鈦和鋁異種材料的焊接主要采用固態(tài)擴散焊、真空釬焊、液相擴散連接和激光焊方法。采用真空釬焊方法連接鈦與鋁及其合金時，需要嚴格控制合金釬料的成分和釬焊溫度；擴散連接鈦與鋁及其合金時，需要連接前在鈦表面進行預(yù)先滲鋁處理，工序復雜；真空釬焊和擴散焊方法獲得的鈦與鋁合金接頭大多適用于對接頭強度要求不高的場合。采用激光焊連接鈦與鋁及其合金時，對焊件的裝配精度要求嚴格，并且設(shè)備成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有焊接技術(shù)的不足，提供一種鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，該方法采用Al-Mg合金系焊絲將鈦與鋁合金進行鎢極氬弧焊，不僅避免了真空擴散焊工藝中涉及的預(yù)滲鋁處理，又降低了真空環(huán)境或激光條件的焊接成本。因此，該焊接工藝具有操作靈活簡單、成本低、便于推廣應(yīng)用等特點，適用于鈦與鋁及其合金的焊接。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。本發(fā)明所述鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，包括以下步驟
(1)將鈦合金與鋁合金的待連接表面以及填充用Al-Mg合金系焊絲表面進行清理；
(2)將鈦合金與鋁合金板水平對接放置；
(3)采用鎢極氬弧控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊接，焊接過程中采用純氬氣進行正背面同時保護，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為12-15V，焊接電流為90-120A，焊接速度為50-80mm/min,気氣流量為 10_15L/min。所述步驟(I)中所述的鈦合金與鋁合金的待連接表面清理步驟是先經(jīng)過噴砂處理，然后進行打磨，使待焊面的粗糙度達到Ra I. 6-3. 2。所述步驟(I)中所述的鈦合金與鋁合金的待連接表面清理步驟是接頭處用砂紙打磨干凈、直至完全露出金屬光澤。所述步驟(I)中所述的填充用Al-Mg合金系焊絲表面清理是對焊絲進行酸洗，酸洗液采用50%H20+50%HN03溶液，浸15-20min后用清水沖洗，烘干后立即施焊。所述步驟(I)中所述的Al-Mg合金系焊絲為Al_Mg5合金焊絲，成分為Mg4.5-6. O, Fe O. 1-0. 2，Si O. 1-0. 2，CrO. 1，Cu O. 03-0. 04，Zn O. 05-0. 08，Mn O. 10-0. 15，Ti O. 1-0. 2，余量為Al，以質(zhì)量百分數(shù)計。所述步驟(I)中所述Al-Mg合金系焊絲的直徑為2. 0-2. 5mm。所屬步驟(2)中，鈦合金與鋁合金的裝配間隙為0.05mm-0. 15mm，鈦合金一側(cè)開30° -45°單面V形坡口，鈍邊為1mm。所述步驟(3)中所述的純気氣純度大于99. 98%ο所述步驟(3)中所述鎢極氬弧焊接采用鎢-釷電極，鎢的含量為99. 9%，鎢極直徑2mm,端部為錐形。所述步驟(3)中所述的正背面同時保護是，正面采用焊縫兩側(cè)吹氬氣進行保護，氣體流量為12-15L/min ;焊縫背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板同時進行充氬氣保護，氣體流量為 10-12L/min。所述步驟(3)中，氬弧焊前，先對焊件正、背面同時通氬氣保護5-10min ;焊接過程中，焊絲與平板對接焊件間應(yīng)保持75° -80°夾角；焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，保持焊絲端部在氬氣保護區(qū)內(nèi)；焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護3-8min，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300°C以下時方可移開焊槍噴嘴。本發(fā)明是利用鈦與鋁合金兩種母材的熔點差異，采用填絲鎢極氬弧控制焊接溫度，使低熔點的鋁合金完全熔化，而高熔點的鈦合金小部分熔化甚至保持固態(tài)，以避免兩種金屬液相Ti、Al混合而生成大量脆性的Ti-Al金屬間化合物，以獲得無裂紋、焊縫成形良好的鎢極氬弧焊焊接接頭。鈦合金與鋁合金熔點相差較大，本發(fā)明提出采用熔點為640_670°C的Al_Mg5焊絲，焊接過程中熔化焊絲填充金屬與鋁合金母材充分熔化混合后凝固形成焊縫，且存在明顯熔合區(qū)；而高熔點鈦合金與熔化焊絲填充金屬發(fā)生相互作用而形成釬焊連接，可以獲得焊縫成形美觀、無裂紋的焊接接頭。本發(fā)明的有益效果是，操作方便、接頭性能穩(wěn)定、成本低、便于推廣應(yīng)用，尤其適用于鈦合金與鋁鎂合金的焊接。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I :
TA15鈦合金與5A06鋁合金板的填絲鎢極氬弧焊。TA15鈦合金板尺寸為100mmX40mm，厚度為2mm ；5A06招合金板尺寸為IOOmmX 80mm,厚度為2mm。第一步，TA15鈦合金板、5A06鋁合金板及焊絲的表面處理
先將TA15鈦合金與5A06鋁合金的對接接頭處用砂紙打磨干凈，使待焊面露出金屬光澤，表面粗糙度達到Ra I. 6-3. 2 ；
采用直徑為2. Omm的Al-Mg5合金系焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。 第二步，TA15鈦合金與5A06鋁合金板的組裝
將TA15鈦合金與5A06鋁合金板水平對接放置，裝配間隙為O. 05mm-0. 08mm。第三步，TA15鈦合金與5A06鋁合金板的焊接采用填絲鎢極氬弧焊進行焊接，工藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流105-110A，焊接速度為60mm/min,lS氣流量為8_10L/min ；
采用焊縫正背面同時保護措施，正面是焊縫兩側(cè)吹氬氣，氣體流量為12-15L/min ;背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板充氬氣保護，氣體流量為10-12L/min。焊前，先對焊件正、背面同時通氬氣保護8min，保護氣體為純度大于99. 98%的氬氣。施焊過程中，焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。
焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護5min，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300°C以下時方可移開焊槍噴嘴。所得到的TA15鈦合金與5A06鋁合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。實施例2
TA15鈦合金與5A06鋁合金板的填絲鎢極氬弧焊。TA15鈦合金板尺寸為IOOmmX40mm,厚度為3mm ；5A06招合金板尺寸為IOOmmX 80mm,厚度為 3mm。第一步，TA15鈦合金板、5A06鋁合金板及焊絲的焊前準備
先將TA15鈦合金板待連接面加工出坡口角為30°、鈍邊為2mm的坡口 ；然后將坡口及周邊用砂紙打磨干凈至露出金屬光澤；
用砂紙將5A06鋁合金待焊表面打磨干凈，使表面粗糙度達到Ral. 6-3. 2 ；
采用直徑為2. 4mm的Al-Mg5合金系焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。第二步，TA15鈦合金與5A06鋁合金板的組裝
將TA15鈦合金與5A06鋁合金板水平對接放置，裝配間隙為O. 08mm-0. 12mm。第三步，TA15鈦合金與5A06鋁合金板的焊接
采用填絲鎢極氬弧焊進行焊接，工藝參數(shù)為焊接電壓12V，焊接電流105-110A，焊接速度為70mm/min,lS氣流量為8_10L/min ；
采用焊縫正背面同時保護措施，正面是焊縫兩側(cè)吹氬氣，氣體流量為12-15L/min ;背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板充氬氣保護，氣體流量為10-12L/min。焊前，先對焊件正、背面同時通氬氣保護lOmin，保護氣體為純度大于99. 98%的氬氣。施焊過程中，焊絲與焊件間保持75°夾角。焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，不得將焊絲端部移出氬氣保護區(qū)。焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護8min，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300°C以下時方可移開焊槍噴嘴。所得到的TA15鈦合金與5A06鋁合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，包括如下步驟 (O將鈦合金與鋁合金的待連接表面以及填充用Al-Mg合金系焊絲表面進行清理； (2)將鈦合金與鋁合金板水平對接放置； (3)采用鎢極氬弧控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊接，焊接過程中采用純氬氣進行正背面同時保護，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為12-15V，焊接電流為90-120A，焊接速度為50-80mm/min,気氣流量為 10_15L/min。
2.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(2)中，鈦合金與鋁合金的裝配間隙為O.05mm-0. 15mm，鈦合金一側(cè)開30° -45°單面V形坡口，鈍邊為1mm。
3.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(I)中所述的鈦合金與鋁合金的待連接表面清理步驟是先經(jīng)過噴砂處理，然后進行打磨，使待焊面的粗糙度達到Ra I. 6-3. 2。
4.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(O中所述的鈦合金與鋁合金的待連接表面清理步驟是接頭處用砂紙打磨干凈、直至完全露出金屬光澤。
5.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(I)中所述的填充用Al-Mg合金系焊絲表面清理是對焊絲進行酸洗，酸洗液采用50%H20+50%HN03溶液，浸15-20min后用清水沖洗，烘干后立即施焊。
6.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(I)中所述的Al-Mg合金系焊絲為Al-Mg5合金焊絲，成分為=Mg 4. 5-6. O, Fe O. 1-0. 2, SiO.1-0. 2,CrO. l,Cu O. 03-0. 04，Zn O. 05-0. 08,Mn O. 10-0. 15，Ti O. 1-0. 2，余量為 Al,以質(zhì)量百分數(shù)計。
7.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(I)中所述Al-Mg合金系焊絲的直徑為2. 0-2. 5mm。
8.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(3)中所述鎢極氬弧焊接采用鎢-釷電極，鎢的含量為99.9%，鎢極直徑2mm，端部為錐形。
9.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(3)中所述的正背面同時保護是，正面采用焊縫兩側(cè)吹氬氣進行保護，氣體流量為12-15L/min ;焊縫背面采用帶有通氣孔道的紫銅墊板同時進行充氬氣保護，氣體流量為10-12L/mirio
10.如權(quán)利要求I所述的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，其特征是，所述步驟(3)中，氬弧焊前，先對焊件正、背面同時通氬氣保護5-10min;焊接過程中，焊絲與平板對接焊件間應(yīng)保持75° -80°夾角；焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池，保持焊絲端部在氬氣保護區(qū)內(nèi)；焊縫收尾熄弧后，繼續(xù)通氬氣保護3-8min，直到焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到300°C以下時方可移開焊槍噴嘴。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，包括如下步驟將鈦合金與鋁合金的待連接表面以及填充用Al-Mg合金系焊絲表面進行清理；將鈦合金與鋁合金板水平對接放置；采用鎢極氬弧控制熱量分布進行填絲鎢極氬弧焊接，焊接過程中采用純氬氣進行正背面同時保護，焊接工藝參數(shù)為焊接電壓為12-15V，焊接電流為90-120A，焊接速度為50-80mm/min，氬氣流量為10-15L/min。本發(fā)明的鈦合金與鋁合金的填絲鎢極氬弧焊方法，操作方便、接頭性能穩(wěn)定、成本低、便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點，尤其適用于鈦合金與鋁鎂合金的焊接。
文檔編號B23K9/167GK102615402SQ20121012332
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者劉強, 李亞江, 王娟 申請人:山東大學