一种接合铝和钛的熔焊方法技术

本发明专利技术涉及一种将包含铝合金的第一构件（１）接合到包含钛合金并具有至少一个厚度为ｅ的边缘的第二构件（２）的方法，该方法包括步骤：（ｉ）将所述第二构件的所述边缘倒角成锥形截头形状，该锥形截头形状具有：在第一侧面上的第一锥角α１；在第二侧面上的第二锥角α２；以及最小厚度ｔ，其中α１和α２大于或等于０，α１与α２的和在１０°到５０°之间并且ｔ在０．０５ｅ到０．３ｅ之间，（ｉｉ）将所述第一构件和所述第二构件的被倒角的边缘（２１）以对接关系放置，从而限定待被硬钎焊的几何形状（３），（ｉｉｉ）在存在惰性气体（５）和填充金属（４）情况下，将邻近对接处的所述构件的表面区域加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度，以获得硬钎焊接头。根据本发明专利技术的方法对于获得具有高加工产量的铝和钛之间的高强度硬钎焊接头尤其有用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及一种铝合金和钛合金的接合方法，具体地，涉及在航空航天工 业中使用的这种方法。
技术介绍
通常已知当制造用于航空结构的半成品和结构元件时，一些需求特性通常不能彼 此独立地同时被优化。因此，带有在空间中可变特性的单片金属结构元件如今在航空工业 中有很大需求。结构元件承受各种各样相矛盾的限制，这些限制需要对材料和工作条件作 出具体选择，而这些选择可能导致并不令人满意的妥协。专利申请US 2005/156095描述 了对于制造飞机的座椅安装轨道来说，有利地是使用具有很高耐腐蚀性的材料，例如钛合 金。然而，钛合金很昂贵，并且具有比铝合金更大的密度，这对于在商用飞机制造中对减 少成本和重量的恒定需求来说是不利的。因此，建议制作一种座椅安装导轨，其带有由第 一材料——例如高强度铝合金——制成的下截面和由不同于第一材料的第二材料——例 如钛合金——制成的上截面。所述第一和第二材料通过均勻的冶金互连(metallurgical interconnection)或粘结来相互连接。在焊接技术中，可以区分出两个主要的种类。在熔焊方法——例如电阻点焊接、火 花对头焊接、激光焊接、电弧焊和电子束焊接——中，焊接在熔点之上在液相中进行。在固 态焊接——例如摩擦焊接、摩擦搅拌焊接或扩散焊接——中，焊接在熔点下在固相中进行。钛和铝的扩散焊接已经在“Properties of diffusion weldedhybrid joints titanium/aluminium, J. Wilden, JP Bergmann, S. Herz, Proceedings of the 3rd International Brazing and SolderingConference, April 24-26,2006, Crowne Plaza Riverwalk Hotel, SanAntonio, Texas, USA, pp 338-343) ” 中报道。然而，所获得的组件的 强度小于1 OOMpa。关于熔焊技术，为了将铝合金焊接到钛合金，可以考虑两种选择第一种选择是在 高于钛合金熔化温度的温度下焊接，从而使铝合金和钛合金都熔化；第二种选择是在高于 铝合金的熔化温度但低于钛合金的熔化温度的温度下焊接，后一种情况在此也被称为“硬 钎辉(weld-brazing)，，。专利US 4，486，647说明了第一种选择提供足够的焊接能，从而使铝合金和钛合 金在熔化界面处熔化。然而，当熔化物固化时，产生大量的钛-铝合成物，导致接合处产生 低于大约IOOMpa的弱机械强度。第一禾中选择还 ￠: “Laser processing of aluminum-titaniumtailored blanks, Μ. Kreimeyer, F. Wagner, F. Vollersten, Opticsand Lasers in Engineering 43 000 1021-1035”中报道。在这个文献中报道了一种方法，其中通过在经传导将铝基金 属加热的同时熔化钛基金属来实现接合。然而，在这种情况中仍获得大约200Mpa的有限强度。专利US 2，761，047提供了为了使用惰性气体电弧焊炬将铝和铝合金接合到钛和4钛合金的硬钎焊条件。已公开的方法包括清洁步骤，该清洁步骤最好当焊炬具有非自耗电 极并且是超高频交流电类型时完成。没有填充金属(filler metal)的铝和钛的激光硬钎焊也在“Investigation of Laser-Beam Joined Titanium—Aluminum HybridStructures, Applied Production Technology APT' 07,Bremen, September 17-19，2007”中报道。相比于第一种选择，机械强 度增强了，然而，对于在T4状态下的TiA16V4合金和6065合金之间的焊缝(在焊接到T6状 态后进行时效)来说，机械强度仍不高于M2Mpa。在会议上报道的接合速度大约为0. 2m/ mn，由此带来大约20mm宽的受热影响区。已经证明将铝硬钎焊到钛的是困难的，接合的强度可以增强并且加工产量可以被 改进。需要一种改进的方法，该方法能够高产量地将铝合金部件硬钎焊到钛合金部件，并能 提供高强度焊接接头。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是一种方法，其将包含铝合金的第一构件(1)接合到包含钛 合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件O)，该方法包括步骤(i)将所述第二构件的所述边缘倒角成锥形截头形状，该锥形截头形状具有在 第一侧面上的第一锥角α 1;在第二侧面上的第二锥角α 2;以及最小厚度t，其中、和Ci2 大于或等于0，α工与α 2的和在10°到50°之间，并且t在0. 05e到0. 3e之间，(ii)将所述第一构件和所述第二构件的倒角边缘以对接关系放置，从而限 定待被硬钎焊的几何形状(3)，(iii)在存在惰性气体(5)和填充金属⑷情况下，将邻近对接处的所述构件的表 面区域加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度，以获得 硬钎焊接头。本专利技术的又一个目的是根据本专利技术的方法可获得的硬钎焊组件，包括第一挤压 构件(1)，其包括选自2XXX、5XXX、6XXX或7XXX合金系列的可熔焊合金；第二挤压构件O)， 其包括钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘和锥形截头形状，该锥形截头形状具有第一 侧面上的第一锥角Ci1和第二侧面上的第二锥角Ci2以及最小厚度t，其中α工和Ci2大于 或等于0，α i与α 2的和在10°到50°之间，并且t在0. 05e到0. 3e之间。本专利技术的其他目的包括本专利技术的硬钎焊组件在用于航空航天工业的结构元件以 及包括本专利技术硬钎焊组件的飞机座椅轨道的制造中的使用。附图说明图1示出了由不同接头几何形状限定的并以角度δ和深度d为特征的坡口。图2示出了本专利技术的一个实施方案。图3是根据本专利技术的倒角边缘的特定形状的实施例。图4是根据本专利技术的倒角边缘的特定形状的实施例。图5示出了根据本专利技术的第一和第二构件的不同对接关系。图6示出了根据本专利技术硬钎焊的挤压部分的两个实施方案。图7示出了根据本专利技术的夹持装置。图fe和8b分别示出了试验序号1和4的硬钎焊接头的图像图9示出了试验序号1和2的硬度曲线图。具体实施方案除非另外指出，所有与合金化学成分有关的指示被表达为基于合金总重量的按重 量的质量百分比。合金牌号是依照本领域技术人员已知的铝业协会的规则。牌号6X56包 括任何带有6作为第一位数以及56作为第三和第四位数的合金，例如6056和6156。这里 使用钛的化学符号Ti，然后紧跟着合金元素的百分比数和化学符号来表示钛合金命名。例 如Ti-5Al-2. 5Sn表示重量百分比5 %的铝和2. 5 %的锡合金元素存在于钛合金中。铝合金 产品的回火(temper)在欧洲标准EN 515中规定。在本说明书中，T3X表示带有3作为第一 位数的任何回火操作，包括例如T3、T39、T351或T3511，此原理同样适用于 ~4Χ、Τ6Χ和Τ8Χ。 除非另外指出，静态机械特性——换句话说，极限抗拉强度(UTS，也表示为Rm)，抗拉屈服强 度(TYS，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种将包含铝合金的第一构件（１）接合到包含钛合金并具有至少一个厚度为ｅ的边缘的第二构件（２）的方法，该方法包括步骤：（ｉ）将所述第二构件的所述边缘倒角成锥形截头形状，该锥形截头形状具有：在第一侧面上的第一锥角α１；在第二侧面上的第二锥角α２；以及最小厚度ｔ，其中α１和α２大于或等于０，α１与α２的和在１０°到５０°之间，并且ｔ在０．０５ｅ到０．３ｅ之间，（ｉｉ）将所述第一构件和所述第二构件的被倒角的所述边缘（２１）以对接关系放置，从而限定待被硬钎焊的几何形状（３），（ｉｉｉ）在存在惰性气体（５）和填充金属（４）情况下，将邻近对接处的所述构件的表面区域加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度，以获得硬钎焊接头。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·肯巴，
申请(专利权)人：工程产品瑞士有限公司，
类型：发明
国别省市：CH