一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護(hù)焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種異種有色金屬的焊接方法，尤其涉及一種鈦合金與純鋁加助熔劑的脈沖三元混合氣體保護(hù)焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工程中單獨使用一種材料常常不能滿足實際應(yīng)用中的各種要求。從節(jié)能減排角度出發(fā)，在不同的工作條件下使用不同性能的材料，可滿足不同材料的性能優(yōu)勢，異種輕金屬焊接結(jié)構(gòu)越來越受到人們的重視。鋁具有比強(qiáng)度高、密度小、耐蝕性好、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好等特點，是主要的輕量化結(jié)構(gòu)材料。鈦合金具有線脹系數(shù)和彈性模量小、耐蝕性優(yōu)良等特性，已大量應(yīng)用于重要承力構(gòu)件。將鈦和鋁連接形成異種輕金屬結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮兩種材料的性能潛力，在艦船、車輛、現(xiàn)代交通等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
[0003]但是實現(xiàn)鈦合金與鋁的焊接難度很大。I)鈦合金的熔點達(dá)到1400°C，純鋁的熔點只有660°C，當(dāng)溫度達(dá)到鈦的熔點時，鋁大量燒損蒸發(fā)；2)鈦合金與鋁的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)相差很大，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)分別約是鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)和線脹系數(shù)的16倍和3倍，在焊接應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生裂紋；3)鈦與鋁都極易氧化，鈦在600°C以上生成T12，鋁和氧作用生成Al2O3氧化膜(熔點2050°C )，在焊縫及界面形成脆性層，增加金屬的脆性。4)鈦與鋁的晶格結(jié)構(gòu)不同，屬于難熔合的材質(zhì)，不采用非常規(guī)手段難以實現(xiàn)二者的熔焊連接。
[0004]國家發(fā)明專利(ZL200610068957.5)提出一種鈦與鋁異種有色金屬的擴(kuò)散連接方法，可以實現(xiàn)鈦與鋁的擴(kuò)散焊接。但采用這項技術(shù)屬固相連接，要求有性能良好的真空擴(kuò)散焊裝備，對被連接件的表面加工、裝配和潔凈度有很高的要求，而且加熱、保溫、冷卻需要較長的時間，焊接效率低，特別是受設(shè)備限制難以實現(xiàn)現(xiàn)場焊接。因此，若能在電弧熔焊條件下實現(xiàn)對鈦合金與鋁異種輕金屬的焊接，對簡化焊接工藝、擴(kuò)大應(yīng)用場合、提高鈦與鋁焊接效率和降低生產(chǎn)成本將有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護(hù)焊方法。采用這種方法能夠獲得鈦與鋁熔合良好、無裂紋的焊接接頭，能夠滿足鈦合金與純鋁異種金屬結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)中的使用要求。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種鈦合金與純鋁的加助熔劑三元氣體保護(hù)焊方法，包括如下步驟:
[0008](I)將鈦合金一側(cè)接頭處打磨出倒角，然后涂覆助熔劑，冷風(fēng)吹干；所用的助熔劑為粒度200-300目的混合物粉末，混合物粉末由下述組分組成:NaF 10%?20%、B2O318%?24%、Cr203 10%?18%、Fe203 5%?10%、Ti02 5%?10%、Mn0 5%?8%，其余為S12,以質(zhì)量百分比計，使用時加溶劑調(diào)成糊狀；
[0009](2)對純鋁一側(cè)接頭處用刮刀進(jìn)行刮削，將Al-S1-Cu合金填充焊絲用金相砂紙打磨光潔，將涂覆助熔劑的鈦合金與純鋁平板對接，放置在充惰性氣體的保護(hù)罩中，以Al-S1-Cu合金焊絲作為填充材料進(jìn)行脈沖焊接，焊接參數(shù)為:基值電流50A?90A、脈沖電流48A?80A、脈沖持續(xù)時間5s?10s、脈沖頻率35Hz?65Hz，焊接電壓12V?24V，三元混合氣體流量12L/min?20L/min ；
[0010](3)焊接結(jié)束后，將被焊件放置在烘箱或保溫箱中緩慢冷卻至室溫，冷卻至室溫的被焊件再用50°C?70°C溫水清洗后自然晾干。
[0011]上述保護(hù)焊方法，步驟(I)中助熔劑混合物粉末，用丙酮或無水乙醇調(diào)成糊狀涂覆在鈦合金一側(cè)的接頭處，涂覆厚度0.4mm?0.6mm,用電吹風(fēng)的冷風(fēng)吹干。
[0012]步驟⑵所述的Al-S1-Cu合金填充焊絲的化學(xué)成分為:Si 4.5%?6.0%，F(xiàn)e
0.8%?0.9%,Cu 0.3%?0.4% ,Mn 0.05%?0.08%,Mg 0.05%?0.10%,Zn 0.1%?
0.2%,Ti 0.2 0Z0?0.3%，余為Al，以質(zhì)量百分比計。
[0013]步驟⑵所述的焊接焊槍噴嘴離工件的距離1mm?14mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是70°?85°，焊接電弧稍偏向鈦合金一側(cè)。
[0014]步驟(2)中可以將打磨后的Al-S1-Cu合金填充焊絲用堿洗法清洗，清洗后的焊絲在8h內(nèi)使用；堿洗法清洗步驟是，先用丙酮除去焊絲表面油污，再以體積百分比為15%NaOH溶液的水溶液，在不低于15°C的室溫條件下清洗1min?15min，之后用清水沖洗，然后在體積百分比為30%的硝酸水溶液中清洗，再用水沖洗后，在40°C?60°C條件下烘干。
[0015]步驟⑵所述三元混合氣體是Ar 60 %?68 %、He 25 %?32 %與CO2 4?8 %，體積百分比，其中Ar和He的純度均大于99.9%。在Ar+He惰性氣體中加入少量0)2氣體有利于增大熔深，促進(jìn)鈦與鋁的熔合。
[0016]步驟(2)所述的保護(hù)罩由隔熱的鋼紙板做成方錐形，上部有觀察窗，下部有輸入惰性氣體的通孔，整個焊接過程在保護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行。保護(hù)焊時，采用高頻脈沖引弧，引弧前先對焊槍輸入氬氣，保持流通20s?30s，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分，然后輸入Ar-He-CO2三元混合保護(hù)氣體，在鈦合金與純鋁接頭處引燃電弧，收弧處增加焊絲填充量直至弧坑填滿，然后控制焊接電流逐漸延時衰減，斷弧后氬氣繼續(xù)流通1s?20s，以防止鎢極氧化。在所述脈沖三元混合氣體保護(hù)焊接中，采用快送和少加焊絲的填絲方法，焊絲端部要始終處于氬氣的保護(hù)范圍之內(nèi)，防止氧化膜形成。
[0017]所述鈦合金優(yōu)選為T1-6A1_4V，填充焊絲與焊件之間的夾角為15°?25°，所述鶴極與焊件之間的夾角優(yōu)選為75°?85°。填充焊絲直徑為1.0mm?1.2mm，鶴極直徑為
1.0mm?2.0mm，端部為錐形。被焊接Ti_6Al_4V鈦合金板的厚度1.0mm?4.0mm,純銷板厚度 2.0mm ?8.0mnin
[0018]步驟(3)保溫箱或烘箱的溫度在250°C?350°C，然后斷電自然冷卻。
[0019]采用本發(fā)明涉及的加助熔劑的鈦合金與純鋁異種金屬的脈沖三元混合氣體保護(hù)焊方法，焊接應(yīng)用方便靈活，可獲得無裂紋、無脆性化合物的焊接接頭。與常規(guī)鎢極惰性氣體保護(hù)焊方法相比，本發(fā)明提出的加助熔劑的鈦合金與純鋁異種金屬焊接工藝的電弧穩(wěn)定性明顯提高，特別是助熔劑促使鈦與鋁的熔合，惰性氣體中加入少量CO2氣體有利于增大熔深，促進(jìn)鈦與鋁的熔合，焊接接頭抗拉強(qiáng)度不低于純鋁母材的抗拉強(qiáng)度，能夠滿足生產(chǎn)中對鈦合金與純鋁焊接構(gòu)件的使用要求。
[0020]本發(fā)明的有益效果是，該焊接工藝具有操作靈活簡單、成本低、便于現(xiàn)場應(yīng)用等特點，適用于鈦合金與純鋁及鋁合金異種接頭的焊接。
【附圖說明】
[0021]圖1為實施例1制得的試樣形貌；a端為鈦合金，b端為純鋁；
[0022]圖2為本發(fā)明制得的試樣形貌及拉伸斷裂后的鈦合金與鋁合金焊接接頭試樣；a端為鈦合金，b端為純鋁。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]實施例1:
[0025]T1-6A1-4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁的加助熔劑的脈沖三元混合氣體保護(hù)焊。T1-6A1-4V鈦合金板尺寸為180_X 120mm,厚度為2.5mm； 1060工業(yè)純鋁板尺寸為160mm X 120mm,厚度為 2.5mm。
[0026]具體的工藝步驟如下:
[0027](I)采用直徑為1.0mm的Al-SiCu合金焊絲作為填充金屬，焊前用砂紙將焊絲表面打磨至露出金屬光澤。所用的Al-S1-Cu合金焊絲的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:Si 5.5%,Fe 0.8%, Cu 0.3% ,Mn 0.05%, Mg 0.05%, Zn 0.10%, Ti 0.25%，余為 Al。
[0028](2)將T1-6A1-4V鈦合金與1060工業(yè)純鋁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(dá)到Ral.6?3.2 ;T1-6Al-4V鈦合金接頭處用細(xì)砂輪打磨單面倒角。
[0029](3)在鈦合金一側(cè)涂覆助熔劑，助熔劑成分為:NaF 16%, B2O3 22%, Cr2O3 12%,Fe2O3 6%, T12 8%, MnO 5%，余量為S12，以質(zhì)量百分比計。將助熔劑粉末用丙酮調(diào)成糊狀涂覆在鈦合金一側(cè)，涂覆后的助焊劑用電吹風(fēng)冷風(fēng)吹干。
[0030](4)將涂覆助熔劑的T1-6A1-4V鈦合金板與1060純鋁板水平對接點固，不留間隙，放置在充氬保護(hù)罩內(nèi)，充氬氣流量12L/min。
[0031](5)在充氬保護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行脈沖三元混合氣體保護(hù)焊，所用的焊接參數(shù)為:65%Ar+28% He+7% CO2三元混合氣體保護(hù)，基值電流65A、脈沖電流75A、脈沖持續(xù)時間9s、脈沖頻率45Hz，焊接電壓18V，三元混合氣體流量18L/min，焊槍噴嘴離工件的距離10mm。鎢極與焊件之間保持80°夾角，電弧稍偏向鈦合金一側(cè)。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(hù)區(qū)。
[0032](6)焊接結(jié)束后將被焊件放置在300°C烘箱中緩慢冷卻。冷卻之后的被焊件用60 °C溫水清洗后自然晾干。
[0033]獲得的T1-6A1_4V鈦合金與1060純鋁焊接接頭成形良好。經(jīng)過外觀檢測和金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)