專利名稱：一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是鈦鋁合金金屬間化合物的焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有鈦鋁(TiAl)合金晶體中的金屬鍵與共價(jià)鍵共存，使其兼有金屬的強(qiáng)度及陶瓷的高溫性能，以及由此而產(chǎn)生高的比強(qiáng)度、比模量、良好的抗氧化性、抗蠕變性等，這些優(yōu)點(diǎn)使其作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車耐熱結(jié)構(gòu)材料顯示出良好的應(yīng)用前景。要成功應(yīng)用此類合金到生產(chǎn)實(shí)際中必然會(huì)牽扯到合金的二次加工(如焊接性)。從目前的研究現(xiàn)狀可以看出，鈦鋁金屬間化合物自身的連接以及與其他金屬的連接，主要以固相連接為主。盡管釬焊、擴(kuò)散焊與熔焊相比具有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)越性，但它也存在其固有的缺陷，如接頭強(qiáng)度一般比較低，耐熱性能較差，并且由于較多地采用搭接接頭，增加了母材的消耗量和結(jié)構(gòu)的重量，因而針對(duì)這種金屬間化合物的熔焊連接技術(shù)的研究也成為近來焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。還有電子束焊在TiAl合金連接中表現(xiàn)出來的主要問題是易產(chǎn)生固態(tài)裂紋，為降低接頭對(duì)裂紋的敏感性，就必須采取合適的預(yù)熱溫度，預(yù)熱溫度越高，熱影響區(qū)冷速越低，接頭裂紋傾向越小，但始終不能避免接頭內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。還有TiAl金屬間化合物氬弧焊接常在修復(fù)工程中應(yīng)用，常采用的方法是在焊前采用超高溫預(yù)熱(800℃以上)，而惡化了工作環(huán)境，進(jìn)而提高了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了焊接效率。而且此時(shí)焊縫的機(jī)械強(qiáng)度明顯低于母材，必須通過適當(dāng)焊后熱處理工藝來提高接頭的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有鈦鋁(TiAl)合金焊接中，存在焊前需要超高溫預(yù)熱、接頭內(nèi)部易產(chǎn)生裂紋、焊后需要熱處理、焊接接頭機(jī)械強(qiáng)度低的問題，進(jìn)而提供了一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法。它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為600℃～700℃，保溫時(shí)間為1.5h～3h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為30μm～1000μm；c、將金屬箔設(shè)置在焊縫之間，并夾緊；d、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用電子束對(duì)焊縫掃描預(yù)熱或散焦預(yù)熱，預(yù)熱次數(shù)為1次～4次；e、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用聚焦電流為2500mA～2700mA、加速電壓為40kV～60kV、加速電流為10mA～30mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理；f、原位自然冷卻至室溫。本發(fā)明在真空條件下用中高溫預(yù)熱(500℃左右)后就能對(duì)鈦鋁合金進(jìn)行焊接，其焊接接頭的內(nèi)部沒有裂紋、焊縫外觀平滑、焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度與母材的機(jī)械強(qiáng)度相當(dāng)，并實(shí)用于焊接各種接頭形式。它還具有步驟簡(jiǎn)單、易控制的優(yōu)點(diǎn)，并能抑制該類合金的熱裂和冷裂現(xiàn)象。


圖1是具體實(shí)施方式
一中待焊鈦鋁合金、金屬箔與電子束之間的相對(duì)位置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為600℃～700℃，保溫時(shí)間為1.5h～3h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為30μm～1000μm；c、將金屬箔設(shè)置在焊縫之間，并夾緊；d、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用電子束對(duì)焊縫掃描預(yù)熱或散焦預(yù)熱，預(yù)熱次數(shù)為1次～4次；e、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用聚焦電流為2500mA～2700mA、加速電壓為40kV～60kV、加速電流為10mA～30mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理；f、原位自然冷卻至室溫。所述物理清理可選用金相砂紙逐級(jí)打磨；化學(xué)清理可選用HF、HNO3和H2O的混合液清洗。
具體實(shí)施方式
二在具體實(shí)施方式
一所述焊接方法的步驟b中金屬箔的化學(xué)成分由鈦、β相穩(wěn)定化元素中的一種或幾種混合組成；上述β相穩(wěn)定化元素包括鉬、鉻、釩、鈮或錳。
具體實(shí)施方式
三在具體實(shí)施方式
一所述焊接方法的步驟d中電子束掃描預(yù)熱的掃描波形為對(duì)稱形波形。電子束掃描預(yù)熱的掃描波形可選用方波或正弦波。
具體實(shí)施方式
四在具體實(shí)施方式
一所述焊接方法的步驟e中電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理的速度為4mm/s～20mm/s。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于它的焊接方法步驟a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為620℃，保溫時(shí)間為2h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為100μm；e、在真空度為1×10-2Pa的條件下，用聚焦電流為2590mA、加速電壓為45kV、加速電流為15mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。其它條件和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于它的焊接方法步驟a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為650℃，保溫時(shí)間為2.4h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為500μm；e、在真空度為5×10-3Pa的條件下，用聚焦電流為2650mA、加速電壓為50kV、加速電流為20mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。其它條件和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于它的焊接方法步驟a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為690℃，保溫時(shí)間為2.8h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為900μm；e、在真空度為1×10-3Pa的條件下，用聚焦電流為2690mA、加速電壓為55kV、加速電流為25mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。其它條件和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為600℃～700℃，保溫時(shí)間為1.5h～3h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為30μm～1000μm；c、將金屬箔設(shè)置在焊縫之間，并夾緊；d、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用電子束對(duì)焊縫掃描預(yù)熱或散焦預(yù)熱，預(yù)熱次數(shù)為1次～4次；e、在真空度為5×10-2Pa～5×10-4Pa的條件下，用聚焦電流為2500mA～2700mA、加速電壓為40kV～60kV、加速電流為10mA～30mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理；f、原位自然冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于焊接方法的步驟b中金屬箔的化學(xué)成分由鈦、β相穩(wěn)定化元素中的一種或幾種混合組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于焊接方法的步驟d中電子束掃描預(yù)熱的掃描波形為對(duì)稱形波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于焊接方法的步驟e中電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理的速度為4mm/s～20mm/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為620℃，保溫時(shí)間為2h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為100μm；e、在真空度為1×10-2Pa的條件下，用聚焦電流為2590mA、加速電壓為45kV、加速電流為15mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為650℃，保溫時(shí)間為2.4h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為500μm；e、在真空度為5×10-3Pa的條件下，用聚焦電流為2650mA、加速電壓為50kV、加速電流為20mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理，加熱溫度為690℃，保溫時(shí)間為2.8h；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理，金屬箔的厚度為900μm；e、在真空度為1×10-3Pa的條件下，用聚焦電流為2690mA、加速電壓為55kV、加速電流為25mA的電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理。
全文摘要
一種加過渡層的鈦鋁合金金屬間化合物電子束焊接方法，它涉及的是鈦鋁合金金屬間化合物的焊接技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鈦鋁合金焊接中，存在焊前需要超高溫預(yù)熱、易產(chǎn)生裂紋、焊后需要熱處理、焊接接頭強(qiáng)度低的問題。它的焊接方法步驟為a、將待焊鈦鋁合金進(jìn)行焊前除消應(yīng)力的熱處理；b、將待焊鈦鋁合金的焊接處表面、金屬箔的表面進(jìn)行物理清理和化學(xué)清理；c、將金屬箔設(shè)置在焊縫之間；d、用電子束對(duì)焊縫掃描或散焦預(yù)熱；e、用電子束對(duì)焊縫進(jìn)行微量合金化處理；f、原位自然冷卻至室溫。本發(fā)明在真空條件下用中高溫預(yù)熱(500℃左右)后就能對(duì)鈦鋁合金進(jìn)行焊接，其焊接接頭的內(nèi)部沒有裂紋、焊接接頭的機(jī)械強(qiáng)度與母材的機(jī)械強(qiáng)度相當(dāng)。
文檔編號(hào)B23K15/00GK1695870SQ200510010088
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者馮吉才, 吳會(huì)強(qiáng), 何景山, 張秉剛, 何鵬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)