CN102615403A

CN102615403A - 一种钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法

Info

Publication number: CN102615403A
Application number: CN2012101233283A
Authority: CN
Inventors: 李亚江; 刘强; 王娟
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，包括如下步骤：铝硅合金填充焊丝在施焊前用细砂纸打磨；脉冲氩弧焊施焊前，将钛合金一侧接头处打磨出倒角，对纯铝一侧接头处进行刮削，将两者平板对接。脉冲氩弧焊施焊，所述脉冲氩弧焊的焊接参数为：基值电流40A～60A、脉冲电流38A～80A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～65Hz，焊接电压8V～16V，氩气流量6L/min～18L/min，焊枪喷嘴离工件的距离8mm～12mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°。焊接结束后对焊枪冷却，冷却方式优选水冷。钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法的电弧稳定性明显提高，焊接接头抗拉强度不低于纯铝母材的抗拉强度，能够满足生产中对钛合金与铝焊接构件的使用要求。

Description

一种钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种异种有色金属的焊接方法，尤其涉及一种钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法。

背景技术

现代工程中单独使用一种材料常常不能满足实际应用中的各种要求。从节能减排角度出发，在不同的工作条件下使用不同性能的材料，可满足不同材料的性能优势，异种轻金属焊接结构越来越受到人们的重视。铝具有比强度高、密度小、耐蚀性好、导热和导电性好等特点，是主要的轻量化结构材料。钛合金具有线胀系数和弹性模量小、耐蚀性优良等特性，已大量应用于重要承力构件。将钛和铝连接形成异种轻金属结构可以发挥两种材料的性能潜力，在舰船、车辆、现代交通等领域有很好的应用前景。

但是实现钛合金与铝的焊接难度很大。1）钛合金的熔点达到1400℃，纯铝的熔点只有660℃，当温度达到钛的熔点时，铝大量烧损蒸发；2）钛合金与铝的导热系数和线胀系数相差很大，铝的导热系数和线胀系数分别约是钛合金的导热系数和线胀系数的16倍和3倍，在焊接应力的作用下易产生裂纹；3）钛与铝都极易氧化，钛在600℃以上生成TiO₂，铝和氧作用生成Al₂O₃氧化膜（熔点2050℃），在焊缝及界面形成脆性层，增加金属的脆性。

国家发明专利（ZL200610068957.5）提出一种钛与铝异种有色金属的扩散连接方法，可以实现钛与铝的扩散焊接。但采用这项技术要求有性能良好的真空扩散焊设备，对被连接件的表面加工有很高的要求，而且加热、保温、冷却需要较长的时间，焊接效率低，特别是难以实现现场焊接。因此，若能在电弧焊条件下实现对钛合金与铝异种轻金属的焊接，对简化焊接工艺、提高钛与铝焊接效率和降低生产成本将有重要的意义。

发明内容

本发明为解决现有扩散焊技术连接钛与铝异种金属难以在电弧焊条件下实现的技术问题，提供一种钛合金与纯铝异种轻金属合金的脉冲氩弧焊方法，它具有能够获得无裂纹、无脆性相的焊接接头，能够满足钛合金与纯铝异型结构在生产中的使用要求等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，包括如下步骤：

（1）铝硅合金填充焊丝在施焊前打磨。

（2）脉冲氩弧焊施焊前，将钛合金一侧接头处打磨出倒角，对纯铝一侧接头处进行刮削，将两者平板对接。

（3）脉冲氩弧焊施焊，所述脉冲氩弧焊的焊接参数为：基值电流40A～60A、脉冲电流38A～80A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～65Hz，焊接电压8V～16V，氩气流量6L/min～18L/min，焊枪喷嘴离工件的距离8mm～12mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°。

（4）焊接结束后对焊枪冷却，冷却方式优选水冷。

所述步骤（1）中可以将打磨后的焊丝用碱洗法清洗，清洗后的焊丝在12h内使用；

上述碱洗法清洗步骤是，先用丙酮除去焊丝表面油污，再以体积百分比为15%NaOH溶液的水溶液，在不低于15℃的室温条件下清洗10min～15min，之后用清水冲洗，然后在体积百分比为30%的硝酸水溶液中清洗，再用水冲洗后，在40℃～60℃条件下烘干。

所述步骤（2）脉冲氩弧焊时，采用高频脉冲引弧，引弧前先打开氩气，保持流通20s～30s，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分，在钛与铝接头处引燃电弧。

所述步骤（2）脉冲氩弧焊收弧时，收弧处增加焊丝填充量直至弧坑填满，然后控制焊接电流逐渐延时衰减，断弧后氩气继续流通10s～20s，以防止钨极氧化。

被焊接件放置在充氩保护罩中进行焊接。

采用在接头正反两面填充氩气进行保护，氩气流量为10L/min～15L/min。

所述钛合金为Ti-6Al-4V。

所述填充焊丝与焊件之间的夹角为15°～25°。

所述钨极与焊件之间的夹角优选为75°～85°。

在所述脉冲氩弧焊的焊接中，采用快送和少加焊丝的填丝方法，焊丝端部要始终处于氩气的保护范围之内，防止氧化膜形成。

本发明涉及的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，采用铝硅合金焊丝作为填充材料，惰性气体保护，以脉冲氩弧焊工艺进行焊接。其中，所述的铝硅合金填充焊丝的化学成分为：Si 4.5%～6.0%，Fe 0.8%～0.9%，Cu 0.3%～0.4%, Mn 0.05%～0.08%，Mg 0.05%～0.10%，Zn 0.1%～0.2%，Ti 0.2%～0.3%，余为Al，以质量百分比计。

填充焊丝直径为1.0mm～1.2mm，钨极直径为1.0mm～2.0mm，端部为锥形。被焊接Ti-6Al-4V钛合金板的厚度1.0mm～2.0mm，纯铝板厚度2.0mm～8.0mm。

所述惰性气体是氩气，其纯度大于99.9%。

采用本发明涉及的钛合金与纯铝异种金属的脉冲氩弧焊方法，焊接效率高，应用方便灵活，可获得无裂纹、无脆性化合物的焊接接头。与常规钨极氩弧焊方法相比，本发明提出的钛合金与纯铝异种金属氩弧焊的电弧稳定性明显提高，焊接接头抗拉强度不低于纯铝母材的抗拉强度，能够满足生产中对钛合金与铝焊接构件的使用要求。

本发明的有益效果是，该焊接工艺具有操作灵活简单、成本低、便于现场应用等特点，适用于钛合金与纯铝及铝合金异型接头的焊接。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

Ti-6Al-4V钛合金与1060工业纯铝的脉冲氩弧焊。Ti-6Al-4V钛合金板尺寸为160mm×80mm，厚度为1.5mm；1060工业纯铝板尺寸为160mm×80mm，厚度为2mm。

具体的钛合金与纯铝脉冲氩弧焊的工艺步骤如下：

（1）采用直径为1.0mm的铝硅合金焊丝作为填充金属，焊前用砂纸将焊丝表面打磨至露出金属光泽。所用的铝硅合金焊丝的化学成分（质量分数）为：Si 5.5%，Fe 0.8%，Cu 0.3%, Mn 0.05%，Mg 0.05%，Zn 0.10%，Ti 0.25%，余为Al。

（2）将Ti-6Al-4V钛合金与1060工业纯铝的对接接头处用砂纸打磨干净，使待焊面露出金属光泽，表面粗糙度达到Ra1.6~3.2；Ti-6Al-4V钛合金接头处用细砂轮打磨单面倒角；将Ti-6Al-4V钛合金板与1060纯铝板水平对接点固，不留间隙。

（3）将钛合金与纯铝被焊接件放置在充氩罩中进行焊接，充氩气流量12L/min。脉冲氩弧焊的焊接参数：基值电流40A、脉冲电流55A、脉冲持续时间8s、脉冲频率45Hz，焊接电压12V，氩气流量12L/min，焊枪喷嘴离工件的距离10mm。钨极与焊件之间保持80°夹角。焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池，不得将焊丝端部移出氩气保护区。

（4）焊后对焊枪水冷。

获得的Ti-6Al-4V钛合金与1060纯铝焊接接头成形良好。经过金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，满足被连接件的使用要求。

实施例2：

Ti-6Al-4V钛合金与1060工业纯铝箱形体角接头的脉冲氩弧焊。Ti-6Al-4V钛合金板尺寸为120mm×120mm，厚度为2.0mm；1060工业纯铝板尺寸为120mm×120mm，厚度为2mm。

具体的钛合金与纯铝角接头脉冲氩弧焊的工艺步骤如下：

（1）采用直径为1.2mm的铝硅合金焊丝作为填充金属，焊前用砂纸将焊丝表面打磨至露出金属光泽。所用的铝硅合金焊丝的化学成分（质量分数）为：Si 5.5%，Fe 0.8%，Cu 0.3%, Mn 0.05%，Mg 0.05%，Zn 0.10%，Ti 0.25%，余为Al。

（2）将Ti-6Al-4V钛合金与1060工业纯铝的对接接头处用砂纸打磨干净，使待焊面露出金属光泽，表面粗糙度达到Ra1.6~3.2；Ti-6Al-4V钛合金接头处用细砂轮打磨单面倒角。将Ti-6Al-4V钛合金板与1060纯铝板90°角接点固，不留间隙。

（3）将钛合金与纯铝被焊接件放置在充氩罩中进行焊接，充氩气流量12L/min；Ti-6Al-4V钛合金板与1060纯铝板呈倒船形放置，角接头在上方，钛合金板和1060纯铝板与水平面成45°角。脉冲氩弧焊的焊接参数：基值电流50A、脉冲电流60A、脉冲持续时间10s、脉冲频率55Hz，焊接电压14V，氩气流量14L/min，焊枪喷嘴离工件的距离11mm。钨极与角接焊缝之间保持85°夹角。焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池，不得将焊丝端部移出氩气保护区。

（4）焊后对焊枪水冷。

获得的Ti-6Al-4V钛合金与1060纯铝角接接头成形良好。经过金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷，接头区结合良好，满足使用技术要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，包括如下步骤：

（1）铝硅合金填充焊丝在施焊前用细砂纸打磨；

（2）脉冲氩弧焊施焊前，将钛合金一侧接头处打磨出倒角，对纯铝一侧接头处进行刮削，将两者平板对接；

（3）脉冲氩弧焊施焊，所述脉冲氩弧焊的焊接参数为：基值电流40A～60A、脉冲电流38A～80A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～65Hz，焊接电压8V～16V，氩气流量6L/min～18L/min，焊枪喷嘴离工件的距离8mm～12mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°；

（4）焊接结束后对焊枪冷却，冷却方式优选水冷。

2.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，将打磨后的焊丝用碱洗法清洗，清洗后的焊丝在12h内使用；

3.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述步骤（2）脉冲氩弧焊时，采用高频脉冲引弧，引弧前先打开氩气，保持流通20s-30s，在钛与铝接头处引燃电弧。

4.如权利要求1或3所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述步骤（2）脉冲氩弧焊收弧时，收弧处增加焊丝填充量直至弧坑填满，然后控制焊接电流逐渐延时衰减，断弧后氩气继续流通10s～20s。

5.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，被焊接件放置在充氩罩中进行焊接。

6.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，采用在接头正反两面填充氩气进行保护，氩气流量为10～15L/min。

7.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述钛合金为Ti-6Al-4V。

8.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述填充焊丝与焊件之间的夹角为15°～25°。

9.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述钨极与焊件之间的夹角优选为75°～85°。

10.如权利要求1所述的钛合金与纯铝的脉冲氩弧焊方法，其特征是，所述焊丝的端部始终处于氩气的保护范围之内。