CN102423829B - 钛合金与镁合金填粉电阻点焊工艺方法 - Google Patents
钛合金与镁合金填粉电阻点焊工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
钛合金与镁合金的填粉电阻点焊工艺方法，a、焊前板材表面清理；b、在板材间添加焊料，并固定两板材；c、调整焊机的参数，并焊接，其特征在于：所述焊料是Al粉、Al-Mg共晶粉末或者Ag粉，纯度为99.9%，粒径在10~30μm。本发明在对钛合金与镁合金材料进行电阻点焊连接时，在两板材间添加一层粉末，该焊接工艺操作简单，并且使两者间的焊缝中间区域的宽度变小，显著提高了电阻点焊接头的拉剪力，可以扩大钛合金与镁合金的应用领域，具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种在钛合金与镁合金板间填充粉末的电阻点焊工艺，能够提高钛合金和镁合金连接接头的拉剪强度，在一定程度上提高其焊接性能，扩大钛合金与镁合金的应用领域。
背景技术
钛合金作为一种重要的结构材料，具有高的比强度、优良的耐热、耐蚀性及断裂韧性等优点，在航空、航天、石化、医疗及地质等领域受到极大青睐，但由于其价格昂贵，限制了其进一步推广应用。镁合金密度低，比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，是飞行器等运载工具结构件的理想材料，同时其资源丰富，易于机械加工，尺寸稳定性好，铸造成本低，这些特点有利于降低镁合金零件的制造成本。但镁合金在抗氧化性、耐蚀性、室温塑性以及高温热力学稳定性等方面的不足阻碍了其的应用。因此，充分利用和发挥钛合金、镁合金各自的性能优势，研究两者的理想连接技术是进一步推广钛合金、镁合金应用，降低成本，充分利用不同材料不同优势的有效途径之一。
但由于镁、钛两类合金不存在叠交的超塑性变形温区，镁、钛在固、液相状态下不互溶，相互扩散能力弱，镁合金与钛合金的熔点差异较大，因而限制熔焊技术的应用。
目前关于钛合金与镁合金异种金属材料连接的方法主要有真空瞬间液相扩散焊（详见论文：熊江涛,张赋升,李京龙,黄为东.镁合金与钛合金的瞬间液相扩散焊.稀有金属材料工程, 10 (2006): 1677:1680.）和搅拌摩擦焊（详见论文：T. Hiroshi, W. Takehiko, ABE Yukikoan d Y. Atsushi. Solid State Welding Between CPTi and AZ31B Magnesium Alloy Using a Rotating Probe, Solid State Welding of Dissimilar Metals Using a Rotating Probe (Report 4),溶接学会论文集, 日本, 24(2006):350-356.）。中国发明专利申请号200510096434.7“镁合金与钛合金扩散焊接方法”介绍了一种镁合金与钛合金的真空扩散焊新方法。但上述方法受到接头形式或者真空连接环境等的限制，难以扩大应用范围。
发明内容
为了克服现有熔焊技术难以实现钛合金与镁合金焊接的不足，本发明提供一种电阻点焊新工艺方法对钛合金、镁合金进行焊接，可实现钛合金与镁合金的高强度连接。
本发明所采用的技术方案是：钛合金与镁合金的填粉电阻点焊工艺方法，其特征在于：是采用纯度为99.9%、粒径10～30μm的Al粉或者Al-Mg共晶粉或者Ag粉作为填粉，对钛合金与镁合金进行电阻点焊的工艺方法；所述工艺方法的实施步骤为：焊接前对钛合金与镁合金板材的焊接面进行表面清理，在焊接区域均匀分布添加所述填粉焊料，并固定两板材，再按设定值调整焊接参数，并选用焊接电极进行焊接。
如上所述的钛合金与镁合金的填粉电阻点焊工艺方法，其特征在于所述焊接参数设定为：预压时间0.8s~1.0s，维持时间0.2s~1.0s，电极压力1000~4200N，焊接时间0.1~0.3s，焊接电流8500~11600A；所述选用的焊接电极是含TiC-TiB2涂层电极。
有益效果：该焊接工艺操作简单，并且使两者间的焊缝中间区域的宽度变小，显著提高了电阻点焊接头的拉剪力，可以扩大钛合金与镁合金的应用领域，具有重要的应用价值。
采用本发明方法，可以保证钛合金和镁合金连接接头具有可靠的拉剪强度，用AZ31B/TC4电阻点焊焊点的抗拉剪力比普通电阻点焊抗拉剪力提高了2.5~3.5kN（相同焊点大小情况下）。焊后接头变形小，实现了钛合金和镁合金的有效连接。更为重要的是与现有技术相比工艺设备简单，便于推广应用。
具体实施方式
钛合金与镁合金的连接采用电阻点焊很难实现可靠的连接，需要选择一种中间层金属来满足焊接要求。由于Al、Ag等与Mg、Ti具有良好的化学亲和性，同时在冶金方面，Al、Ag对Mg、Ti合金不是有害元素，所以Al粉、Al-Mg共晶粉末和 Ag粉是钛合金、镁合金电阻点焊的理想中间层材料。本发明即采用上述的金属粉末做中间层材料实现了对钛合金和镁合金的电阻点焊焊接。
该电阻点焊工艺实施包括以下几个步骤：焊前板材表面清理；添加10~30μm的粉末并固定两板材；调整焊机参数，焊接。具体过程如下：
1）焊前板材表面清理，a、钛合金经由丙酮去油污擦拭出金属光泽，用30℃热水冲洗；碱洗（40-60℃的6%-10%NaOH+丙酮或酒精），在该溶液中浸泡6-8min，取出立即用冷水冲约2min；酸洗（2%-4%HF+30%-40%HNO3+水余量）室温下用酸液泡1-2min后，立即取出，用冷水冲约2-3min；干燥，在119℃干燥箱内烘干。b、镁合金采用机械法进行表面清理，用粒度为1200#砂纸打磨试样的待焊面，并以丙酮去除油污。
2）在待焊的钛合金与镁合金试样间添加一层Al粉、Al-Mg共晶粉末或Ag粉，选择25mm的搭接量，用胶带在两头将试样固定，便于焊接。
3）调整电阻点焊机的参数，其预压时间为0.8s~1.0s，维持时间为0.2s~1.0s，电极压力为1000~4200N，焊接时间为0.1~0.3s，焊接电流为8500~11600A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。
实施例1：选取的搭接量为25mm的TC4钛合金与AZ31B镁合金电阻点焊的连接。
中间层材料为Al粉，Al粉的纯度为99.9%，焊前a、钛合金经由丙酮去油污擦拭出金属光泽，用30℃热水冲洗；碱洗（40-60℃的6%-10%NaOH+丙酮或酒精），在该溶液中浸泡6-8min，取出立即用冷水冲约2min；酸洗（2%-4%HF+30%-40%HNO3+水余量）室温下用酸液泡1-2min后，立即取出，用冷水冲约2~3min；干燥，在119℃干燥箱内烘干。b、镁合金采用机械法进行表面清理，用粒度为1200#砂纸打磨试样的待焊面，并以丙酮去除油污。
在待焊的钛合金与镁合金试样间添加一层Al粉，选择25mm的搭接量，用胶带在两头将试样固定，便于焊接。
调整焊机参数，其预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为2000N，焊接时间为0.2s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例2：添加的粉末仍为Al粉，只改变电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为2000N，焊接时间为0.3s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例3：添加的粉末仍为Al粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为3150N，焊接时间为0.1s，焊接电流为9500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例4：添加Al粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为4200N，焊接时间为0.2s，焊接电流为10500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例5：添加Al-Mg共晶粉末，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为2000N，焊接时间为0.2s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例6：添加Al-Mg共晶粉末，电阻点焊机的参数为预压时间为1.0s，维持时间为0.8s，电极压力为2000N，焊接时间为0.3s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例7：添加Al-Mg共晶粉末，电阻点焊机的参数为预压时间为1.0s，维持时间为0.8s，电极压力为3150N，焊接时间为0.1s，焊接电流为9500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例8：添加Al-Mg共晶粉末，电阻点焊机的参数为预压时间为1.0s，维持时间为0.5s，电极压力为4200N，焊接时间为0.2s，焊接电流为10500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例9：添加Ag粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.2s，电极压力为2000N，焊接时间为0.2s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例10：添加Ag粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.5s，电极压力为2000N，焊接时间为0.3s，焊接电流为8500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例11：添加Ag粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.5s，电极压力为3150N，焊接时间为0.1s，焊接电流为9500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
实施例12：添加Ag粉，电阻点焊机的参数为预压时间为0.8s，维持时间为0.5s，电极压力为4200N，焊接时间为0.2s，焊接电流为10500A，并且采用的是有TiC-TiB2涂层的电极。焊接试样。
采用本发明方法，可以保证钛合金和镁合金连接接头具有可靠的拉剪强度，用AZ31B/TC4电阻点焊焊点的抗拉剪力比普通电阻点焊抗拉剪力提高了2.5~3.5kN（相同焊点大小情况下）。焊后接头变形小，实现了钛合金和镁合金的有效连接。更为重要的是与现有技术相比工艺设备简单，便于推广应用。
Claims (1)
1.钛合金与镁合金的填粉电阻点焊工艺方法，其特征在于：是采用纯度为99.9%、粒径10～30μm的Al粉或者Al-Mg共晶粉或者Ag粉作为填粉，对钛合金与镁合金进行电阻点焊的工艺方法；所述工艺方法的实施步骤为：焊接前对钛合金与镁合金板材的焊接面进行表面清理，在焊接区域均匀分布添加所述填粉焊料，并固定两板材，再按设定值调整焊接参数，并选用焊接电极进行焊接；
预压时间0.8s~1.0s，维持时间0.2s~1.0s，电极压力1000~4200N，焊接时间0.1~0.3s，焊接电流8500~11600A；所述选用的焊接电极是含TiC-TiB2涂层电极。
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