專利名稱：用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于異種材料的焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲。
背景技術(shù)：
鈦合金具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多優(yōu)特性，被譽為“未來的金屬”，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。鈦及其合金不僅在航空、宇宙航行工業(yè)中有著十分重要的應(yīng)用，而且已經(jīng)開始在化工、石油、輕工、冶金、發(fā)電等許多工業(yè)部門中廣泛應(yīng)用。鋁合金具有比強度高、加工性好、物理、力學(xué)性能優(yōu)越、抗腐蝕等優(yōu)點，在很多應(yīng)用領(lǐng)域中被認為是最為經(jīng)濟實用的材料。在大多數(shù)環(huán)境條件下，包括在空氣、水(或鹽水)、石油化學(xué)和很多化學(xué)體系中，鋁合金能顯示出優(yōu)良的抗腐蝕性。鋁的表面具有高度的反射性。鋁通常顯示出優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，具有高電阻率的一些特定鋁合金也已經(jīng)研制成功，這些合金可用于如高轉(zhuǎn)矩的電動機中。鋁由于它的優(yōu)良電導(dǎo)率而常被選用。在重量相等的基礎(chǔ)上，鋁的電導(dǎo)率近于銅的兩倍。鈦合金和鋁合金在工業(yè)上的應(yīng)用非常重要，有很多工業(yè)交叉的領(lǐng)域，這使得鋁和鈦的連接具有重要意義。但是，鋁和鈦的連接難度很大。在焊接過程中，由于在室溫條件下Ti和Al之間的溶解度極小，由于鋁鈦金屬之間的熱物理化學(xué)性能相差很大，用傳統(tǒng)的焊接方法焊接時會產(chǎn)生大量的脆性的金屬間化合物，從而影響接頭性能。目前，Ti/Al異種合金的傳統(tǒng)的焊接方法主要有電弧熔釬焊、擴散焊、釬焊、摩擦焊等。擴散焊是將兩焊件緊密結(jié)合，在真空或保護氣氛中，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相互擴散完成焊接。因此擴散焊依然能有效避免鋁鈦材料熔點差異較大難于連接的特點。經(jīng)檢驗后證明，真空擴散焊的焊接接頭的機械強度、熱穩(wěn)定性、密封性、耐腐蝕性和彈性都能滿足重要構(gòu)件的技術(shù)要求。但是這種焊接方法要求真空環(huán)境下成型，從經(jīng)濟生產(chǎn)性來看，成本較大，不適合大批量鋁鈦材料連接成型。電弧加熱集中，熱輸入量小，操作方便，節(jié)能高效又易于實現(xiàn)自動化，這種焊接方法釬焊后變形很小，對裝配間隙不敏感，并且加熱時間短，消耗小，成本低，加熱區(qū)窄，加熱更為集中，熱輸入量小，熱影響區(qū)窄，釬焊后變形小。但是，在實現(xiàn)鋁鈦異種金屬連接成型的過程中，如果采用一般電弧釬焊方法，焊接過程有如下缺點:鈦金屬的散熱大、現(xiàn)有設(shè)備昂貴、生產(chǎn)周期長。采用一般焊接方法很難實現(xiàn)Ti和Al的高效、可靠焊接。例如，液態(tài)焊接方法會產(chǎn)生大量脆性金屬間化合物，固態(tài)焊接方法又對接頭形式要求過于苛刻。采用熔釬焊的方法，將鋁材熔化，鈦保持固態(tài)，這樣能有效避免鈦鋁之間形成大量的脆硬的金屬間化合物，能夠獲得高強度的接頭，與熔化焊和固相焊接相比，具有明顯的優(yōu)越性。采用激光作為熱源，具有柔性好、能量密度高、光斑形式可調(diào)、熱輸入精確可控以及冷卻速度快等一系列優(yōu)點。但是對焊件的裝配精度要求嚴(yán)格，并且設(shè)備成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有焊接技術(shù)的不足，提供一種用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲，合金焊絲直徑為1.0-2.0mm，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為:
Si 4.9-5.8 %，
Fe 0.8-0.9 %，
Cu 0.3-0.4 %，
Mn 0.05-0.1 %，
Mg 0.06-0.09 %，
Zn 0.12-0.19 %，
Ti 0.22-0.28 %，
余量為Al ；
并且，焊絲表面涂有 活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為:在焊絲表面涂上活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2:31% ；Ti02: 27% ；Cr2O3:5% ；CaF2:10% ；MnCl2:24%，其余為 BaCl20然后選擇厚度為1.5-2.5mm的待連接的鈦合金板和鋁合金板,先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為35-40°的坡口 ；對于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達到Ra 1.8-3 ;將鈦合金板與鋁合金板水平對接放置，不留間隙；先對焊件正、背面同時通氬氣保護8-10min，保護氣體為純度大于99.98%的氬氣；采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，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，在鈦與鋁接頭處引燃電??；工藝參數(shù)為:基值電流40A 60A、脈沖電流38A 80A、脈沖持續(xù)時間5s 10s、脈沖頻率35Hz 65Hz，焊接電壓8V 16V，接頭正反兩面填充氬氣進行保護，氬氣流量8L/min 16L/min，焊槍噴嘴離工件的距離8mm 12mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是70° 85°，焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；收弧時，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IOs 20s，以防止鎢極氧化；焊接結(jié)束后，繼續(xù)通IS氣保護2-4min。鈦合金與鋁合金熔點相差較大，本發(fā)明利用鈦與鋁合金兩種母材的熔點差異，提出具有特定配比的焊絲，使其在焊接過程中熔化填充金屬與鋁合金母材充分熔化混合后凝固形成焊縫，且存在明顯熔合區(qū)；而高熔點鈦合金與熔化焊絲填充金屬發(fā)生相互作用而形成釬焊連接，避免兩種金屬液相T1、Al混合而生成大量脆性的T1-Al金屬間化合物，而且與常規(guī)鎢極氬弧焊方法相比，本發(fā)明提出的鈦合金與純鋁異種金屬氬弧焊的電弧穩(wěn)定性明顯提高，同時焊絲表面的活性劑能夠起到增加焊接熔深的作用，從而獲得焊縫成形美觀、無裂紋的焊接接頭。本發(fā)明的有益 效果是，不僅避免了真空擴散焊工藝中涉及的預(yù)滲鋁處理，又降低了真空環(huán)境或激光條件的焊接成本，而且提高了生產(chǎn)效率，改善接頭性能，操作方便。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1
1)選擇厚度為1.5mm的待連接的TA9鈦合金板和2024鋁合金板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為35°的坡口；
2)對于合金板待連接表面用砂紙 充分打磨以去除其表面氧化層，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達到Ra 1.8 ;
3)采用直徑為1.0mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為:
Si 4.9 %,
Fe 0.8 %,
Cu 0.3 %,
Mn 0.05 %,
Mg 0.06 %,
Zn 0.12 %，
Ti 0.22 %，
余量為Al ；
4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，15min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2:31% ；Ti02: 27% ；Cr2O3:5% ；CaF2:10% ；MnCl2:24%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與鋁合金板水平對接放置，不留間隙；
7)先對焊件正、背面同時通氬氣保護8min，保護氣體為純度大于99.98%的氬氣；
8)采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，保持流通20s，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分，在鈦與鋁接頭處引燃電??；工藝參數(shù)為:基值電流40A、脈沖電流38A、脈沖持續(xù)時間5s、脈沖頻率35Hz，焊接電壓8V，接頭正反兩面填充氬氣進行保護，氬氣流量8L/min，焊槍噴嘴離工件的距離8mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是70°，焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；收弧時，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10s，以防止鎢極氧化；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護2-4min。所得到的鈦合金與鋁合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。實施例2:
1)選擇厚度為1.8mm的待連接的TA15鈦合金板和5A06鋁合金板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為35°的坡口；
2)對于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達到Ra 1.8-3 ；
3)采用直徑為1.5mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為:
Si 5.2 %,
Fe 0.8 %,Cu 0.3 %,
Mn 0.07 %,
Mg 0.08 %,
Zn 0.17 %，
Ti 0.23 %，
余量為Al ；
4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，18min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活 性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2:31% ；Ti02: 27% ；Cr2O3:5% ；CaF2:10% ；MnCl2:24%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與鋁合金板水平對接放置，不留間隙；
7)先對焊件正、背面同時通氬氣保護9min，保護氣體為純度大于99.98%的氬氣；
8)采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，保持流通25s，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分，在鈦與鋁接頭處引燃電??；工藝參數(shù)為:基值電流50A、脈沖電流51A、脈沖持續(xù)時間8s、脈沖頻率50Hz，焊接電壓12V，接頭正反兩面填充氬氣進行保護，氬氣流量12L/min，焊槍噴嘴離工件的距離10mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是80°，焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；收弧時，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15s，以防止鎢極氧化；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護3min。所得到的TA15鈦合金與5A06鋁合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。實施例3:
1)選擇厚度為2.5mm的待連接的TA12鈦合金板和5052鋁合金板，先將鈦合金板待連接面加工出坡口角為40°的坡口；
2)對于合金板待連接表面用砂紙充分打磨以去除其表面氧化層，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度達到Ra 3；
3)采用直徑為2.0mm的合金焊絲，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為:
Si 5.8 %,
Fe 0.9 %，
Cu 0.4 %，
Mn 0.1 %，
Mg 0.09 %，
Zn 0.19 %，
Ti 0.28 %，
余量為Al ；
4)將焊絲浸入50%H20+50%HN03溶液，20min后用清水沖洗后烘干，再用砂紙進行打磨；
5)再在焊絲表面涂上活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2:31% ；Ti02: 27% ；Cr2O3:5% ；CaF2:10% ；MnCl2:24%，其余為 BaCl2 ；
6)將鈦合金板與鋁合金板水平對接放置，不留間隙；
7)先對焊件正、背面同時通氬氣保護lOmin，保護氣體為純度大于99.98%的氬氣； 8)采用高頻脈沖引弧，引弧前先打開氬氣，保持流通30s，并利用氬氣流帶走附著在導(dǎo)氣管內(nèi)壁上的水分，在鈦與鋁接頭處引燃電??；工藝參數(shù)為:基值電流60A、脈沖電流80A、脈沖持續(xù)時間10s、脈沖頻率65Hz，焊接電壓16V，接頭正反兩面填充氬氣進行保護，氬氣流量16L/min，焊槍噴嘴離工件的距離12mm，焊槍鎢極與焊件之間的夾角是85°，焊絲沿著熔池前端平穩(wěn)、均勻的送入熔池；收弧時，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20s，以防止鎢極氧化；
9)焊接結(jié)束后，繼續(xù)通氬氣保護4min。所得到的TA12鈦合金與5052鋁合金對接接頭焊縫成形美觀。經(jīng)過金相顯微鏡觀察沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔等微觀缺陷，接頭區(qū)結(jié)合良好。
權(quán)利要求
1.一種用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲，其特征在于，合金焊絲直徑為1.0-2.0_，其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)成分為:Si 4.9-5.8 %，F(xiàn)e 0.8-0.9 %，Cu 0.3-0.4 %，Mn 0.05-0.1 %，Mg 0.06-0.09 %，Zn 0.12-0.19 %，Ti 0.22-0.28 %， 余量為Al ； 并且，焊絲表面涂有活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為:在焊絲表面涂上活性劑，該活性劑的質(zhì)量百分比組分為=SiO2:31% ；Ti02: 27% ；Cr2O3:5% ；CaF2:10% ；MnCl2:24%，其余為 BaCl20
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于Ti與Al合金的脈沖氬弧焊的合金焊絲，其采用特定配比并且涂有活性劑的焊絲將鈦與鋁合金進行高頻脈沖引弧焊接，使其在焊接過程中熔化填充金屬與鋁合金母材充分熔化混合后凝固形成焊縫，且存在明顯熔合區(qū)；而高熔點鈦合金與熔化焊絲填充金屬發(fā)生相互作用而形成釬焊連接，避免兩種金屬液相Ti、Al混合而生成大量脆性的Ti-Al金屬間化合物，而且與常規(guī)鎢極氬弧焊方法相比，本發(fā)明提出的鈦合金與純鋁異種金屬氬弧焊的電弧穩(wěn)定性明顯提高，同時焊絲表面的活性劑能夠起到增加焊接熔深的作用，從而獲得焊縫成形美觀、無裂紋的焊接接頭。因此該發(fā)明具有提高生產(chǎn)效率，改善接頭性能，操作方便的優(yōu)點。
文檔編號B23K35/28GK103100799SQ20121053423
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者楊利云 申請人:楊利云