專利名稱：一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于焊接異質(zhì)難熔金屬材料的過(guò)渡接頭的制造方法。
背景技術(shù)：
鈦合金與不銹鋼的復(fù)合接頭能夠發(fā)揮二者優(yōu)異的綜合性能，在航空航天、 核能、汽車、醫(yī)療和石油化工行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。但是鈦合金和不銹
鋼熔點(diǎn)均在150(TC以上，都屬于難熔材料，焊接難度較大。TIG焊(鎢極氬 弧焊)操作簡(jiǎn)單，成本低，適用范圍廣，但是在鈦合金與不銹鋼的TIG熔化 焊接時(shí)的焊接溫度很高，二者的物理性能尤其是線膨脹系數(shù)存在較大的差異。 因此在焊接的高溫條件下會(huì)形成較大的焊接應(yīng)力，這就使得焊接時(shí)容易產(chǎn)生開(kāi) 裂的現(xiàn)象，另外在高溫下二者容易反應(yīng)形成硬度高、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti 金屬間化合物導(dǎo)致接頭脆化，使得接頭的連接強(qiáng)度急劇下降，因此難以直接通 過(guò)TIG悍的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)鈦合金與不銹鋼的高質(zhì)量的連接。
目前應(yīng)用于鈦合金與不銹鋼的連接方法主要有釬焊、擴(kuò)散焊、爆炸焊等方 法。但是對(duì)于核反應(yīng)堆等應(yīng)用領(lǐng)域中所使用的大尺寸的鈦合金和不銹鋼的構(gòu)件 的連接來(lái)說(shuō)，由于釬焊和擴(kuò)散焊需要在真空條件下進(jìn)行，因而受到真空室尺寸 的限制，而爆炸焊接受到焊接場(chǎng)地的特殊要求的制約，都難以直接應(yīng)用，所以 在這些應(yīng)用領(lǐng)域中需要通過(guò)間接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)二者的連接。
過(guò)渡接頭是指在異種金屬的焊接中，為解決異種金屬焊接的困難而用別的 焊接方法制成的異種金屬的中間過(guò)渡連接件。這種連接件由兩種或多種金屬組 成，它是用能夠焊接這些不同材料的方法事先焊接而成，然后再將其兩端分別 與各自相同的金屬材料再焊接，從而形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。采用鈦合金與不銹 鋼的過(guò)渡接頭就可以方便高效地實(shí)現(xiàn)鈦合金和不銹鋼的大尺寸構(gòu)件的高強(qiáng)度 連接，對(duì)焊接場(chǎng)地和焊接氣氛沒(méi)有特殊的要求，從而可以在應(yīng)用中取得很好的 效果。
目前應(yīng)用于鈦及鈦合金與不銹鋼焊接的過(guò)渡接頭主要是爆炸焊接的過(guò)渡 接頭，但是，這種爆炸焊接過(guò)渡接頭存在下列問(wèn)題
(1)過(guò)渡接頭的整體厚度不大，由于受到方法自身的限制爆炸焊接對(duì)于
薄板的焊接應(yīng)用情況較好，但是對(duì)于厚板的焊接較為困難，而且對(duì)兩種材料的 相對(duì)厚度有限制，基板不能太薄，覆板不能太厚。(2)連接界面形成了界面波， 在焊接過(guò)程中連接材料表面發(fā)生了強(qiáng)烈的塑性變形，連接界面組織和性能不均
勻，在腐蝕環(huán)境下應(yīng)用容易開(kāi)裂。(3)爆炸焊接時(shí)采用中間層材料的工藝過(guò)程 較為復(fù)雜，通常需要二次爆炸連接。
為此有必要發(fā)明一種制造新型的鈦合金與不銹鋼的過(guò)渡接頭的方法，這種 方法制造的過(guò)渡接頭的形式多樣，厚度可以在較大的范圍內(nèi)變化，鈦合金和不 銹鋼的相對(duì)厚度可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且連接界面的組織和性能比較均 勻，能夠在腐蝕條件下長(zhǎng)期應(yīng)用，過(guò)渡接頭自身具有較高的抗拉強(qiáng)度，在與鈦 合金和不銹鋼TIG焊接之后過(guò)渡接頭仍然能夠保持較高的連接強(qiáng)度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭的制 造方法，它可以解決大尺寸鈦合金和不銹鋼構(gòu)件直接焊接難度大、操作復(fù)雜而 且受到場(chǎng)地和設(shè)備限制的問(wèn)題。
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的過(guò)渡接頭的制造方法 是這樣完成的 一、取不銹鋼板、鈦合金板和鎳箔待用，先分別將不銹鋼板和 鈦合金板的連接表面銑平，再將不銹鋼板、鈦合金板和鎳箔酸洗，然后將不銹 鋼板和鈦合金板疊放在一起，將鎳箔夾在不銹鋼板和鈦合金板的中間固定構(gòu)成 三層金屬試件；二、將上述所述三層金屬試件放入真空室中加熱并軋制，使不 銹鋼板、鎳箔和鈦合金板三者連接在一起，軋制溫度為700 900。C，壓縮率為 15% 35%，軋制速度為0.038 0.2m/s，軋制后的三層金屬試件在真空室中冷卻 至20(TC以下時(shí)取出，并加工成板狀或管狀形狀。
本發(fā)明的有益效果是一、利用本發(fā)明的方法制成的過(guò)渡接頭連接強(qiáng)度高， 抗拉強(qiáng)度可達(dá)到400MPa以上，在與鈦合金和不銹鋼構(gòu)件TIG焊接之后連接強(qiáng) 度可達(dá)到350MPa以上。二、選用的中間層材料沒(méi)有引入母材成分以外的元素， 不降低過(guò)渡接頭的耐腐蝕性。三、使用過(guò)渡接頭連接大尺寸的鈦合金和不銹鋼 構(gòu)件，焊接工藝簡(jiǎn)單，操作方便，不受場(chǎng)所限制，適用范圍廣。四、過(guò)渡接頭 連接界面處組織和性能比較均勻，基本沒(méi)有空洞和微裂紋等缺陷，能夠在腐蝕 環(huán)境下應(yīng)用。五、過(guò)渡接頭與鈦合金和不銹鋼構(gòu)件的焊接可以在大氣環(huán)境下進(jìn) 行，不必在真空中進(jìn)行，成本較低。六、過(guò)渡接頭的形式多樣，可以焊接不同
形式的鈦合金和不銹鋼構(gòu)件。七、過(guò)渡接頭中鈦合金板和不銹鋼板的相對(duì)厚度 可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇，過(guò)渡接頭與鈦合金和不銹鋼構(gòu)件的焊接過(guò)程不受場(chǎng) 地的限制，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。
圖1是板狀過(guò)渡接頭與鈦合金和不銹鋼構(gòu)件采用TIG焊接的示意圖，圖2 是管狀過(guò)渡接頭的示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的過(guò)渡接 頭的制造方法是這樣完成的一、取不銹鋼板1、鈦合金板2和鎳箔3待用，
先分別將不銹鋼板1和鈦合金板2的連接表面銑平，再將不銹鋼板l、鈦合金 板2和鎳箔3酸洗，可清除連接材料表面的氧化膜和吸附的雜質(zhì)，
本實(shí)施方式中的鎳箔3、不銹鋼板1和鈦合金板2通過(guò)兩個(gè)鉚釘固定在一 起構(gòu)成三層金屬試件，鉚釘?shù)膬啥伺c不銹鋼板1和鈦合金板2的表面相平。
本實(shí)施方式中的過(guò)渡接頭的總厚度為2~40mm。在鈦合金板與不銹鋼板的 軋制連接之前，用電火花線切割的方法切割鈦合金板與不銹鋼板成所需尺寸， 用銑床將鈦合金板和不銹鋼板的連接表面銑平，并在鈦合金板和不銹鋼板上鉆 兩個(gè)孔，用來(lái)放置起固定作用的鉚釘，從而防止軋制過(guò)程中軋制板材的分離。
本實(shí)施方式中，使用液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)將鉚釘壓入試件，鉚釘被壓縮后截 面積膨脹從而固定軋制焊接的板材，避免其在軋制過(guò)程中在軋制力的作用下分 開(kāi)。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖l說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在步驟一中，所 述鎳箔3的厚度為0.1 0.5mm，鈦合金板2和不銹鋼板1的厚度均為1 20mm， 鈦合金板2和不銹鋼板1的長(zhǎng)度和寬度均為(100 1000)mmX (50 120)mm。 鎳箔的厚度在上述范圍內(nèi)，可避免鈦合金板與不銹鋼板直接連接時(shí)形成硬度 高、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金屬間化合物。采用鎳箔作為中間層材料可以 避免鈦合金板與不銹鋼板之間的高硬度、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金屬間化 合物的形成，而且由于鎳箔的塑性較好，塑性變形抗力比鈦合金板和不銹鋼板 低，所以在軋制過(guò)程中能夠促進(jìn)連接界面的緊密接觸從而有利于形成高強(qiáng)度的 連接。鎳的耐腐性較好，在不銹鋼中含有合金元素鎳，因此采用鎳作為中間層 材料沒(méi)有引入母材以外的化學(xué)成分。此外，鎳在過(guò)渡接頭中的存在也可以使得
過(guò)渡接頭在使用的過(guò)程中能夠經(jīng)受焊接熱循環(huán)的考驗(yàn)，避免在過(guò)渡接頭與鈦合
金構(gòu)件和不銹鋼構(gòu)件焊接過(guò)程中，母材之間的元素?cái)U(kuò)散和Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金 屬間化合物的形成，保證過(guò)渡接頭能夠在較高的焊接溫度下使用，在與鈦合金 和不銹鋼構(gòu)件TIG焊接之后仍然能夠保持較高的強(qiáng)度。其它方法步驟與具體 實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在步驟二中的軋 制溫度為80(TC，壓縮率為25%，軋制速度為0.1m/s。所制成的過(guò)渡接頭的連 接強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高。其它方法步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例本實(shí)施方式的 制造方法是這樣完成的采用厚度為0.1~0.5mm的鎳箔3作為中間層材料，鈦 合金板2和不銹鋼板1的厚度分別為l~20mm， 二者的相對(duì)厚度可以根據(jù)需要 選擇，鈦合金板2和不銹鋼板1的長(zhǎng)度分別為100 1000mm、寬度分別為 50 120mm，焊前鈦合金板2和不銹鋼板1的連接表面銑平，板上鉆孔用鉚釘 固定防止焊接過(guò)程中連接材料分離，或者采用點(diǎn)焊的方法固定，軋制之前鈦合 金板'2、不銹鋼板1和鎳箔3都要進(jìn)行酸洗以去除連接表面的油污和影響連接 的雜質(zhì)，酸洗之后的板材按照鈦合金—鎳一不銹鋼的順序疊放在一起構(gòu)成三層 金屬試件，將裝配好的三層金屬試件在真空室中加熱并軋制形成連接，軋制溫 度為700 900。C，壓縮率為15%~35%，軋制速度為0.038 0.2m/s，軋后的三層 金屬試件在真空中冷卻至200。C以下后取出，根據(jù)所需的形式對(duì)三層金屬試件 進(jìn)行機(jī)械加工以獲得具有所需形狀和尺寸的過(guò)渡接頭。
權(quán)利要求
1、一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭的制造方法，其特征在于所述過(guò)渡接頭的制造方法是這樣完成的一、取不銹鋼板(1)、鈦合金板(2)和鎳箔(3)待用，先分別將不銹鋼板(1)和鈦合金板(2)的連接表面銑平，再將不銹鋼板(1)、鈦合金板(2)和鎳箔(3)酸洗，然后將不銹鋼板(1)和鈦合金板(2)疊放在一起，將鎳箔(3)夾在不銹鋼板(1)和鈦合金板(2)的中間固定構(gòu)成三層金屬試件；二、將上述所述三層金屬試件放入真空室中加熱并軋制，使不銹鋼板(1)、鎳箔(3)和鈦合金板(2)三者連接在一起，軋制溫度為700～900℃，壓縮率為15％～35％，軋制速度為0.038～0.2m/s，軋制后的三層金屬試件在真空室中冷卻至200℃以下時(shí)取出，并加工成板狀或管狀形狀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭 的制造方法，其特征在于步驟一中，所述鎳箔(3)的厚度為0.1 0.5mm，鈦 合金板(2)和不銹鋼板(1)的厚度均為1 20mm，鈦合金板(2)和不銹鋼 板(1)的長(zhǎng)度和寬度均為(100 1000)mmx(50 120)mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭 的制造方法，其特征在于步驟一中，所述鎳箔(3)、不銹鋼板(1)和鈦合金 板(2)通過(guò)兩個(gè)鉚釘固定在一起構(gòu)成三層金屬試件，鉚釘?shù)膬啥伺c不銹鋼板(1)和鈦合金板(2)的表面相平。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭 的制造方法，其特征在于步驟二中的軋制溫度為800°C，壓縮率為25%，軋 制速度為0.1m/s。
全文摘要
一種用于焊接鈦合金與不銹鋼構(gòu)件的過(guò)渡接頭的制造方法，它涉及一種用于焊接異質(zhì)難熔金屬材料的過(guò)渡接頭的制造方法。針對(duì)大尺寸鈦合金和不銹鋼構(gòu)件直接焊接難度大、操作復(fù)雜且受場(chǎng)地和設(shè)備限制問(wèn)題。方法是將不銹鋼板(1)和鈦合金板(2)的連接表面銑平并疊放在一起，將鎳箔(3)夾在其中固定構(gòu)成三層金屬試件，將三層金屬試件放入真空室中加熱并軋制連接，軋制溫度為700～900℃，壓縮率為15％～35％，軋制速度為0.038～0.2m/s，三層金屬試件在真空室中冷卻至200℃以下時(shí)取出。本發(fā)明的制造方法簡(jiǎn)單，使用本發(fā)明的過(guò)渡接頭連接大尺寸的鈦合金和不銹鋼構(gòu)件，焊接工藝簡(jiǎn)單，操作方便，不受場(chǎng)所限制。
文檔編號(hào)B21B37/46GK101391263SQ200810064758
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者劉立恒, 楊士勤, 趙東升, 閆久春, 陳端良 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)