CN100358666C - 一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，它涉及的是钛铝合金金属间化合物的焊接技术领域。本发明解决了现有钛铝合金焊接中，存在焊前需要超高温预热、易产生裂纹、焊后需要热处理、焊接接头强度低的问题。它的焊接方法步骤为：a.将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理；b.将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理；c.将金属箔设置在焊缝之间；d.用电子束对焊缝扫描或散焦预热；e.用电子束对焊缝进行微量合金化处理；f.原位自然冷却至室温。本发明在真空条件下用中高温预热(500℃左右)后就能对钛铝合金进行焊接，其焊接接头的内部没有裂纹、焊接接头的机械强度与母材的机械强度相当。

Description

一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法
技术领域：
本发明涉及的是钛铝合金金属间化合物的焊接技术领域。
背景技术：
现有钛铝(TiAl)合金晶体中的金属键与共价键共存，使其兼有金属的强度及陶瓷的高温性能，以及由此而产生高的比强度、比模量、良好的抗氧化性、抗蠕变性等，这些优点使其作为航空发动机及汽车耐热结构材料显示出良好的应用前景。要成功应用此类合金到生产实际中必然会牵扯到合金的二次加工(如焊接性)。从目前的研究现状可以看出，钛铝金属间化合物自身的连接以及与其他金属的连接，主要以固相连接为主。尽管钎焊、扩散焊与熔焊相比具有其自身的特点和优越性，但它也存在其固有的缺陷，如接头强度一般比较低，耐热性能较差，并且由于较多地采用搭接接头，增加了母材的消耗量和结构的重量，因而针对这种金属间化合物的熔焊连接技术的研究也成为近来焊接领域的研究热点。还有电子束焊在TiAl合金连接中表现出来的主要问题是易产生固态裂纹，为降低接头对裂纹的敏感性，就必须采取合适的预热温度，预热温度越高，热影响区冷速越低，接头裂纹倾向越小，但始终不能避免接头内部裂纹的产生。还有TiAl金属间化合物氩弧焊接常在修复工程中应用，常采用的方法是在焊前采用超高温预热(800℃以上)，而恶化了工作环境，进而提高了劳动强度，降低了焊接效率。而且此时焊缝的机械强度明显低于母材，必须通过适当焊后热处理工艺来提高接头的强度。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有钛铝(TiAl)合金焊接中，存在焊前需要超高温预热、接头内部易产生裂纹、焊后需要热处理、焊接接头机械强度低的问题，进而提供了一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法。它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为600℃～700℃，保温时间为1.5h～3h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理和化学清理，金属箔的厚度为30μm～1000μm，金属箔的化学成分由钛、β相稳定化元素中的一种或几种混合组成；c、将金属箔设置在焊缝之间，并夹紧；d、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用电子束对焊缝扫描预热或散焦预热，预热次数为1次～4次；e、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用聚焦电流为2500mA～2700mA、加速电压为40kV～60kV、加速电流为10mA～30mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理；f、原位自然冷却至室温。本发明在真空条件下用中高温预热(500℃左右)后就能对钛铝合金进行焊接，其焊接接头的内部没有裂纹、焊缝外观平滑、焊接接头的机械强度与母材的机械强度相当，并实用于焊接各种接头形式。它还具有步骤简单、易控制的优点，并能抑制该类合金的热裂和冷裂现象。
附图说明：
图1是具体实施方式一中待焊钛铝合金、金属箔与电子束之间的相对位置结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为600℃～700℃，保温时间为1.5h～3h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为30μm～1000μm；c、将金属箔设置在焊缝之间，并夹紧；d、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用电子束对焊缝扫描预热或散焦预热，预热次数为1次～4次；e、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用聚焦电流为2500mA～2700mA、加速电压为40 kV～60kV、加速电流为10mA～30mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理；f、原位自然冷却至室温。所述物理清理可选用金相砂纸逐级打磨；化学清理可选用HF、HNO3和H2O的混合液清洗。
具体实施方式二：在具体实施方式一所述焊接方法的步骤b中金属箔的化学成分由钛、β相稳定化元素中的一种或几种混合组成；上述β相稳定化元素包括钼、铬、钒、铌或锰。
具体实施方式三：在具体实施方式一所述焊接方法的步骤d中电子束扫描预热的扫描波形为对称形波形。电子束扫描预热的扫描波形可选用方波或正弦波。
具体实施方式四：在具体实施方式一所述焊接方法的步骤e中电子束对焊缝进行微量合金化处理的速度为4mm/s～20mm/s。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它的焊接方法步骤a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为620℃，保温时间为2h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为100μm；e、在真空度为1×10-2Pa的条件下，用聚焦电流为2590mA、加速电压为45kV、加速电流为15mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。其它条件和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它的焊接方法步骤a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为650℃，保温时间为2.4h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为500μm；e、在真空度为5×10-3Pa的条件下，用聚焦电流为2650mA、加速电压为50kV、加速电流为20mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。其它条件和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于它的焊接方法步骤a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为690℃，保温时间为2.8h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为900μm；e、在真空度为1×10-3Pa的条件下，用聚焦电流为2690mA、加速电压为55kV、加速电流为25mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。其它条件和步骤与具体实施方式一相同。

Claims (6)

1、一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为600℃～700℃，保温时间为1.5h～3h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为30μm～1000μm，金属箔的化学成分由钛、β相稳定化元素中的一种或几种混合组成；c、将金属箔设置在焊缝之间，并夹紧；d、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用电子束对焊缝扫描预热或散焦预热，预热次数为1次～4次；e、在真空度为5×10-2Pa～5×10-4Pa的条件下，用聚焦电流为2500mA～2700mA、加速电压为40kV～60kV、加速电流为10mA～30mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理；f、原位自然冷却至室温。
2、根据权利要求1所述的一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于焊接方法的步骤d中电子束扫描预热的扫描波形为对称形波形。
3、根据权利要求1所述的一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于焊接方法的步骤e中电子束对焊缝进行微量合金化处理的速度为4mm/s～20mm/s。
4、根据权利要求1所述的一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为620℃，保温时间为2h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为100μm；e、在真空度为1×10-2Pa的条件下，用聚焦电流为2590mA、加速电压为45kV、加速电流为15mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。
5、根据权利要求1所述的一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为650℃，保温时间为2.4h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为500μm；e、在真空度为5×10-3Pa的条件下，用聚焦电流为2650mA、加速电压为50kV、加速电流为20mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。
6、根据权利要求1所述的一种加过渡层的钛铝合金金属间化合物电子束焊接方法，其特征在于它的焊接方法步骤为：a、将待焊钛铝合金进行焊前除消应力的热处理，加热温度为690℃，保温时间为2.8h；b、将待焊钛铝合金的焊接处表面、金属箔的表面进行物理清理和化学清理，金属箔的厚度为900μm；e、在真空度为1×10-3Pa的条件下，用聚焦电流为2690mA、加速电压为55kV、加速电流为25mA的电子束对焊缝进行微量合金化处理。
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