本申請涉及激光焊接，具體涉及一種無銅中熵合金夾層及其應用、鈦合金與不銹鋼的焊接方法。

背景技術：

1、鈦/鋼的復合結構不僅可以發揮鈦合金比強度高、耐蝕性好等優點，還可以兼顧鋼材優異的性價比，其在航空航天、電子化工、核能等領域有著重要的應用。綜合實際加工的經濟性、可行性與便利性，激光焊接具有高加工精度，高度自由的可操作性，是焊接鈦/鋼結構的首選方式。鈦/鋼異種金屬連接較困難，由于其物理和冶金性能的差異，焊后界面會產生硬脆的金屬間化合物，其在殘余熱應力作用下導致接頭開裂失效。

2、目前，鈦/鋼焊接主要采用純銅或銅基填充材料，但是由于銅的耐蝕性很差，對于應用在核電和海洋等環境的構件，富銅焊接接頭會成為整體結構的薄弱點。所以實現鈦/鋼的無銅化焊接對于提高結構安全性與服役壽命具有重要意義。

技術實現思路

1、為此，本申請解決的技術問題在于提供一種無銅中熵合金夾層及其應用、鈦合金與不銹鋼的焊接方法，其可有效解決現有熔化焊接鈦合金/不銹鋼時對銅基填充材料的依賴問題。

2、有鑒于此，本申請提供了一種無銅中熵合金夾層，由co、ni及v組成，以質量百分比計，包括：co：34％～40％，ni：34％～40％，v：20％～32％。

3、在一些實施例中，所述無銅中熵合金夾層包括：co：34.96％～39.31％，ni：34.82％～38.75％，v：22.94％～30.22％。

4、在一些實施例中，所述無銅中熵合金夾層的制備方法包括以下步驟：

5、a)按照無銅中熵合金夾層的質量百分比配料，再進行熔煉，得到合金錠；

6、b)將所述合金錠制備成不同使用形態的無銅中熵合金夾層。

7、在一些實施例中，所述無銅中熵合金夾層的使用形態包括以下形狀中的一種或多種：熔煉合金塊、熔煉合金碎顆粒、熔煉合金薄片狀、熔煉合金粉末、急冷態箔帶狀和粉末燒結體。

8、本申請還提供了所述的無銅中熵合金夾層在鈦合金和不銹鋼激光焊連接中的應用。

9、本申請還提供了一種鈦合金與不銹鋼的焊接方法，包括以下步驟：

10、s1)將鈦合金與不銹鋼的表面進行預處理；

11、s2)在步驟s1)得到的鈦合金與不銹鋼之間的待焊位置放置無銅中熵合金中間層，得到裝配組件；

12、s3)將所述裝配組件進行激光焊；

13、所述無銅中熵合金中間層為權利要求1～4任一項所述的無銅中熵合金夾層制成。

14、在一些實施例中，所述裝配組件中無銅中熵合金中間層的厚度的取值范圍為0.5mm～1.5mm。

15、在一些實施例中，所述鈦合金為α鈦合金、近α鈦合金、α-β鈦合金、β鈦合金或商業純鈦合金，所述不銹鋼為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼或沉淀硬化不銹鋼。

16、在一些實施例中，所述激光焊的激光功率為900～1100w，速度為15mm/s～20mm/s，激光離焦量為-25mm～-15mm。

17、在一些實施例中，在激光焊時，激光光斑在對準無銅中熵合金中間層正中間后向不銹鋼偏移0.1mm～0.3mm。

18、本申請提供了一種無銅中熵合金夾層，以質量百分比計，包括：co：34％～40％，ni：34％～40％，v：20％～32％。本申請的無銅中熵合金夾層制成的無銅中熵合金中間層適用于熔化焊接鈦合金和不銹鋼，使得接頭性能可以滿足多種應用條件的使用需求。與其他商用中間層相比，本申請使用的無銅中熵合金中間層不包含cu元素，從根本上避免了cu元素富集導致的結構失效。無銅中熵合金中間層結構為面心立方結構，并且co、ni與fe之間的固溶能力強，v在高溫下與fe的固溶度也較高，焊后鈦合金/不銹鋼接頭主體仍然是面心立方結構，可以有效的緩解焊后殘余應力。此外，由于v與ti的高度固溶，界面處化合物性能有明顯改善，從而實現了鈦合金與不銹鋼的高強度冶金結合。

19、進一步地，由于co、ni以及不銹鋼中fe元素的存在，焊接后焊縫主體呈現單相fcc結構，具有良好的塑性，而鈦合金一側生成富ti層和化合物層，由于v元素對ti具有較高固溶度，所以可以在很大程度上改善反應層處化合物的性能，緩解接頭脆性，有效的提高了焊縫強度，所得鈦合金/不銹鋼接頭拉伸強度可達235mpa～331mpa，高于其他高熵合金中間層熔化焊的強度，與純銅中間層強度相當。

技術特征：

1.一種無銅中熵合金夾層，其特征在于，由co、ni及v組成，以質量百分比計，包括：

2.根據權利要求1所述的無銅中熵合金夾層，其特征在于，所述無銅中熵合金夾層包括：co：34.96％～39.31％，ni：34.82％～38.75％，v：22.94％～30.22％。

3.根據權利要求1所述的無銅中熵合金夾層，其特征在于，所述無銅中熵合金夾層的制備方法包括以下步驟：

4.根據權利要求1或3所述的無銅中熵合金夾層，其特征在于，所述無銅中熵合金夾層的使用形態包括以下形狀中的一種或多種：熔煉合金塊、熔煉合金碎顆粒、熔煉合金薄片狀、熔煉合金粉末、急冷態箔帶狀和粉末燒結體。

5.權利要求1～4任一項所述的無銅中熵合金夾層在鈦合金和不銹鋼激光焊連接中的應用。

6.一種鈦合金與不銹鋼的焊接方法，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述裝配組件中無銅中熵合金中間層的厚度的取值范圍為0.5mm～1.5mm。

8.根據權利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述鈦合金為α鈦合金、近α鈦合金、α-β鈦合金、β鈦合金或商業純鈦合金，所述不銹鋼為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼或沉淀硬化不銹鋼。

9.根據權利要求6所述的焊接方法，其特征在于，所述激光焊的激光功率為900～1100w，速度為15mm/s～20mm/s，激光離焦量為-25mm～-15mm。

10.根據權利要求9所述的焊接方法，其特征在于，在激光焊時，激光光斑在對準無銅中熵合金中間層正中間后向不銹鋼偏移0.1mm～0.3mm。

技術總結
本申請涉及激光焊接技術領域，提供一種無銅中熵合金夾層，由Co、Ni及V組成，以質量百分比計，包括：Co：34％～40％，Ni：34％～40％，V：20％～32％。本申請還提供無銅中熵合金夾層的應用和鈦合金與不銹鋼的焊接方法。本申請的夾層可從根本上避免了Cu元素富集導致的結構失效，無銅中熵合金中間層結構為面心立方結構，并且Co、Ni與Fe之間的固溶能力強，V在高溫下與Fe的固溶度也較高，焊后接頭主體仍然是面心立方結構，可以有效的緩解焊后殘余應力。此外，由于V與Ti的高度固溶，界面處化合物性能有明顯改善，從而實現了鈦合金與不銹鋼的高強度冶金結合，進一步地，所得鈦合金/不銹鋼接頭拉伸強度可達235MPa～331MPa，高于其他高熵合金中間層熔化焊的強度，與純銅中間層強度相當。

技術研發人員：林丹陽,李子涵,宋曉國,張浩云,李方剛,和子晗,胡勝鵬,卞紅,付偉,宋延宇
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學（威海）
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28