钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法技术

钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法，它涉及一种钛合金与铝合金或铝基复合材料的焊接方法。它解决现有的钛合金与铝合金或铝基复合材料焊接方法存在在界面处产生的质硬而脆并厚的金属间化合物、产生裂纹或断续微裂纹、接头结合强度很低、连接设备昂贵和生产周期长的技术缺陷。方法：首先对钛板表面清理，然后进行表面超声预涂覆，再对涂覆层打磨、处理，然后分别对钛和铝板材进行超声涂覆钎料，最后超声钎焊。本发明专利技术工艺方法简单、制造成本低、生产周期短，力学性能高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钛合金与铝合金或铝基复合材料的焊接方法。
技术介绍
钛合金、铝合金及铝基复合材料是现今新型材料中最具发展潜力的材料。 由于钛合金具有熔点高、线膨胀系数和弹性模量小、耐蚀性优良等特性，在 航空、航天、核能、船舶、电子和化学精练等工业中有广泛的应用前景。铝 合金及铝基复合材料的密度小、比强度高、塑性好、耐腐蚀性能优良，所以 在飞机制造中用做于制造机翼、外壳、尾翼等。但由于钛合金与铝合金或铝 基复合材料的熔点、导热系数、线膨胀系数等物理性能相差悬殊，所以现有 的焊接方法如熔焊、真空扩散焊和激光熔钎焊都无法解决钛合金与铝合金或 铝基复合材料的物理性能相差悬殊所导致的问题。1、 采用"熔焊"方法焊接钛合金与铝合金或铝基复合材料存在的问题-在熔化焊接过程中，形成大量层状的质硬而脆的Ti3Al，使焊缝脆化或产生裂 纹。2、 采用"真空扩散焊"(包括直接真空扩散焊和加中间层的真空扩散焊) 方法焊接钛合金与铝合金或铝基复合材料存在的问题直接真空扩散焊，将 扩散反应形成Ti-Al的二元金属间化合物或更复杂多元金属间化合物，因金属 间化合物与母材元素的晶格匹配性很差，使焊缝化学成分不均匀，导致焊缝 结合性能差，力学性能也非常低；加铝合金中间层的真空扩散焊，会在钛基 体一侧生成TiAl和Ti3Al，在过渡区则会大量形成Ti3Al、 TiAl和TiAb等金 属间化合物，由于这些化合物都比较脆，从而造成扩散结合界面处存在断续 微裂纹，破坏焊缝力学性能。另外真空扩散焊接还存在保温时间长，扩散连 接设备昂贵，生产周期长等缺点。3、 采用"激光熔钎焊"方法焊接钛合金与铝合金或铝基复合材料存在的 问题首先，钛合金侧与焊缝为钎焊连接，如若激光加热线能量增大，易造 成钛母材熔化，生成大量脆性金属间化合物，接头性能将急剧下降，甚至无法实现焊接。其次，激光加热中心温度高，但热循环迅速，作用时间短，导 致原子扩散驱动力很大但扩散时间有限。由于不同区域的各元素浓度存在差 异，使得最终形成的金属间化合物层不但组成复杂，而且同一界面不同部位 金属间化合物的形态差异也较大。所以焊缝接头易断裂于金属间化合物区。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的钛合金与铝合金或铝基复合材料直接进 行焊接的方法，在界面处产生的质硬而脆并厚的金属间化合物、产生裂纹或 断续微裂纹、接头结合强度很低、连接设备昂贵和生产周期长的技术问题， 而提出。通过以下步骤实 现 一、对钛合金板与铝合金或铝基复合材料板进行表面清理；二、将钛合 金板的待焊部位浸入温度为750 80(TC、熔融状态的铝合金中，保持恒温进 行超声涂覆；三、将涂覆于钛合金板表面的铝合金层进行打磨，打磨后的铝 合金层厚度均匀、平滑；四、将磨好的钛合金板待焊部位放入钎料池中，在 超声频率为20 100kHz、振幅为l 50|im、温度为200 65(TC的条件下振 动处理l 25s;五、将铝合金或铝基复合材料板的待焊部分放入钎料池中， 在超声波频率为20 100kHz、振幅为1 50nm、温度为200 65(TC的条件 下超声振动处理1 25s;六、分别对钛合金板和铝合金或铝基复合材料板上 涂覆的钎料层进行打磨，打磨后的钎料层厚度均匀、平滑；七、分别在钛合 金板及铝合金或铝基复合材料板的钎料层上放置耐高温金属搅拌摩擦头，将 耐高温金属搅拌摩擦头升温至200 650°C、在压力为0.1 1MPa/mn^的条件 下进行旋转摩擦；八、将钛合金板与铝合金或铝基复合材料板待焊部位搭接 在一起，在超声频率为20 100kHz、振幅为1 50pm、温度为200 700°C 条件下进行超声振动0.5 6s，即完成焊接；其中步骤二中超声频率为 20 100kHz、振幅为l~50pm、振动时间为0.5 3min;步骤三中打磨后的铝 合金层的厚度为0.05 3mm;步骤六中钛合金板与铝合金或铝基复合材料打 磨后的钎料层的厚度都为0.05 lmm。利用本专利技术的，在 钎料作用下，通过超声钎焊和界面扩散圆满实现了钛合金与铝合金或铝基复合材料板材的高强度焊接，并且形成的钛合金与铝合金或铝基复合材料板材 搭接接头界面不会产生金属间化合物、连接可靠不断裂，能够进一步满足工 程上对钛合金与铝合金或铝基复合材料连接接头的各种需要。本专利技术涉及的具有 工艺方法简单、制造成本低、生产周期短等优点。附图说明图1是具体实施方式二十四步骤八焊接操作的示意图；图2是TC4钛合 金与SiCp增强铝基复合材料采用现有焊接方法钎焊板界面金相组织图；图3 是TC4钛合金与SiCp增强铝基复合材料采用具体实施方式二十四的方法焊接 板界面金相组织图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式中钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预 涂覆钎焊方法通过以下步骤实现 一、对钛合金板与铝合金或铝基复合材料 板进行表面清理；二、将钛合金板的待焊部位浸入温度为750-800°C、熔融 状态的铝合金中，保持恒温进行超声涂覆；三、将涂覆于钛合金板表面的铝 合金层进行打磨，打磨后的铝合金层厚度均匀、平滑；四、将磨好的钛合金 板待焊部位放入钎料池中，在超声频率为20 100kHz、振幅为1 50nm、温 度为200 650。C的条件下振动处理l 25s;五、将铝合金或铝基复合材料板 的待焊部分放入钎料池中，在超声波频率为20 100kHz、振幅为l 50nm、 温度为200 65(TC的条件下超声振动处理l 25s;六、分别对钛合金板和铝 合金或铝基复合材料板上涂覆的钎料层进行打磨，打磨后的钎料层厚度均匀、 平滑；七、分别在钛合金板及铝合金或铝基复合材料板的钎料层上放置耐高 温金属搅拌摩擦头，将耐高温金属搅拌摩擦头升温至200 65(TC、在压力为 0.1 1MPa/mm2的条件下进行旋转摩擦；八、将钛合金板与铝合金或铝基复 合材料板待焊部位搭接在一起，在超声频率为20 100kHz、振幅为1 50)im、 温度为200 70(TC条件下进行超声振动0.5 6s，即完成焊接；其中步骤二中 超声频率为20 100kHz、振幅为l~50^im、振动时间为0.5 3min;步骤三中 打磨后的铝合金层的厚度为0.05 3mm;步骤六中钛合金板与铝合金或铝基 复合材料打磨后的钎料层的厚度都为0.05 lmm。本实施方式步骤一中铝基复合材料的增强相为颗粒增强与晶须增强的复 合材料。本实施方式步骤二中熔融状态的铝合金为质量纯度为50 99.5%的铝。本实施方式步骤二中的超声振动采用的是中国专利号为200710071744.2 中的铝、铝合金及其复合材料超声振动液相焊接设备完成的。本实施方式步骤四中钎料为Zn-Al合金，Al-Si系列合金、Al-Cu-Ag-Zn 合金、Al-Zn合金、Zn-Sn合金、纯Zn、 Sn-Cu合金、纯Sn或Sn-Pb合金。本实施方式步骤七中旋转摩擦是按中国专利号为200710072613.6中的铝 合金及其复合材料旋转摩擦表面涂覆钎料方法操作的。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中 钛合金板中的钛合金为TA、 TB或TC系列合金。其它步骤与参数与具体实 施方式一相同。具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一的不同点是步骤一中 铝合金及其复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法，其特征是钛合金与铝合金或铝基复合材料超声预涂覆钎焊方法通过以下步骤实现：一、对钛合金板与铝合金或铝基复合材料板进行表面清理；二、将钛合金板的待焊部位浸入温度为７５０～８００℃、熔融状态的铝合金中，保持恒温进行超声涂覆；三、将涂覆于钛合金板表面的铝合金层进行打磨，打磨后的铝合金层厚度均匀、平滑；四、将磨好的钛合金板待焊部位放入钎料池中，在超声频率为２０～１００ｋＨｚ、振幅为１～５０μｍ、温度为２００～６５０℃的条件下振动处理１～２５ｓ；五、将铝合金或铝基复合材料板的待焊部分放入钎料池中，在超声波频率为２０～１００ｋＨｚ、振幅为１～５０μｍ、温度为２００～６５０℃的条件下超声振动处理１～２５ｓ；六、分别对钛合金板和铝合金或铝基复合材料板上涂覆的钎料层进行打磨，打磨后的钎料层厚度均匀、平滑；七、分别在钛合金板及铝合金或铝基复合材料板的钎料层上放置耐高温金属搅拌摩擦头，将耐高温金属搅拌摩擦头升温至２００～６５０℃、在压力为０．１～１ＭＰａ／ｍｍ↑［２］的条件下进行旋转摩擦；八、将钛合金板与铝合金或铝基复合材料板待焊部位搭接在一起，在超声频率为２０～１００ｋＨｚ、振幅为１～５０μｍ、温度为２００～７００℃条件下进行超声振动０．５～６ｓ，即完成焊接；其中步骤二中超声频率为２０～１００ｋＨｚ、振幅为１～５０μｍ、振动时间为０．５～３ｍｉｎ；步骤三中打磨后的铝合金层的厚度为０．０５～３ｍｍ；步骤六中钛合金板与铝合金或铝基复合材料打磨后的钎料层的厚度都为０．０５～１ｍｍ。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫久春，马志鹏，叶广郁，李大成，于汉臣，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]