CN103128429A - 钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法 - Google Patents
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Abstract
钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，采用高熔点金属钛板在上而低熔点金属铜板在下的搭接方式，使用镍铝青铜焊丝，通过冷金属过渡技术焊接；焊接时，大量的铜母材熔化，钛板局部熔化，使熔化的金属包围在钛板周围，增加了连接面积，提高了接头的强度。
Description
技术领域
本发明涉及异种金属冷金属过渡连接方法。
背景技术
钛是一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、塑性韧性好、耐热性耐蚀性好、可加工性好等特点，在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值。铜具有优良的导电性、导热性、延展性和良好的抗腐蚀性能，因而在电气、电子、化工、动力、交通、航空航天等领域都得到了广泛的应用。
钛及钛合金与铜及铜合金异种材料的有效连接既能满足导热性、导电性、耐磨性、耐蚀性等要求，又能满足轻质高强的要求，在航空航天、电子、化工等领域必将拥有广阔的应用前景。
铜与钛的互溶性很小，物理和化学性能存在较大差异，在焊接热作用下极易形成TixCuy型脆性金属间化合物，还易形成低熔点共晶物，焊接性较差。
发明内容
本发明的目的是提出一种钛/铜异种金属冷金属过渡技术连接方法。
本发明是钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，采用高熔点的金属钛板在上而低熔点的金属铜板在下的搭接方式，搭接宽度为8-10mm，采用镍铝青铜焊丝，通过冷金属过渡技术进行焊接，焊接时大量的铜母材熔化，钛板局部熔化，从而实现钛和铜的有效连接。
本发明具有以下有益效果：通过采用高熔点金属钛板在上而低熔点金属铜板在下的搭接方式，焊丝送进位置偏离钛板板边缘0-1mm处，利用冷金属过渡技术（CMT）的方法，通过调整工艺参数和工艺条件，获得成形良好，均匀光滑，无宏观缺陷的焊缝。焊后，室温（20℃）下在WDW-100D型的微机控制电子式万能试验机上进行静态拉伸试验，拉伸速度为1mm/min，试验结果表明，断裂发生在焊接接头铜侧热影响区，断裂部分有明显的颈缩现象。焊接接头的平均抗拉剪强度可达铜母材强度的77%。该方法能有效控制焊接热输入及钛和焊缝界面金属间化合物层的厚度，降低了接头的变形，提高了接头的力学性能，从而实现了钛/铜异种金属的有效连接。
附图说明
图1为本发明焊接工艺方法示意图，图中1为铜板，2为钛板，3为焊丝，L是搭接宽度，D是焊丝偏离钛母材边缘的距离。图2为本发明焊接工艺方法钛板与铜板焊接装配示意图，图中1为铜，2为钛，3为焊丝，4为焊嘴，5为焊枪，H是焊嘴离钛母材的垂直距离，L是搭接宽度，α是焊枪与钛板所夹的角度。图3为本发明焊接方法采用焊丝偏离钛母材边缘距离D为0mm所焊接头的结构组成示意图，图中1为铜母材，2为钛母材，3为焊缝，4为金属间化合物。图4为本发明焊接方法采用焊丝偏离钛母材边缘距离D为1mm所焊接头的结构组成示意图，图中1为铜母材，2为钛母材，3为焊缝，4为金属间化合物。
具体实施方式
本发明是钛/铜异种金属冷金属过渡技术连接方法，采用钛板在上而铜板在下的搭接方式，使用镍铝青铜（RECuNiAl）焊丝，通过冷金属过渡技术焊接，焊接时焊丝、钛母材和铜母材都熔化形成熔焊接接头。本发明所述焊接方法的具体步骤为：
步骤一、焊前处理，钛母材和铜母材先进行机械清理，用砂纸或不锈钢丝刷去除焊接试样表面的氧化膜；钛母材还要化学处理，用HF 5%+HNO3 35%水溶液侵泡10-20min，进一步除去表面氧化膜，然后用流动的水冲洗；钛母材和铜母材再用丙酮清洗，风干或低温干燥待用。
步骤二、焊接试件的装配，将表面处理好的试样组合成钛板在上铜板在下的搭接接头，搭接宽度为8-10mm，置于焊接平台上，焊嘴离母材垂直距离为8-11mm，焊丝送进位置偏离钛板边缘0-1mm处，焊枪与铜板所夹的角度α是45-60度，如图1和图2所示。
步骤三、调节工艺参数，焊接电压为12.6-17.0V，焊接电流为136-184A，送丝速度为6.0-8.0m/min，焊接速度为5.0-6.0mm/s，99.99%高纯氩气保护，气流量为15-17L/min，焊前提前0.6-1.0秒送气，焊后延迟0.8-1.0秒关气，后用CMT（Cold Metal Transfer）3200焊机施焊。
步骤四、停止焊接。
下面结合附图和实施案例对本发明做详细说明。
实施例一：
步骤一、焊前处理，本实施例上面的金属板为工业纯钛TA2板材，尺寸为200×50×1mm，下面的金属板为纯铜T2板材，尺寸为200×50×1mm。焊前，钛板和铜板用不绣钢丝刷除去表面的氧化膜，钛板还需用HF 5%+HNO3 35%水溶液侵泡10-20min，水洗，最后用丙酮清洗，电吹风吹干待用。选用直径为1.2mm的镍铝青铜（RECuNiAl）焊丝。
步骤二、焊接试件的装配，如图1和图2所示，采用钛板在上而铜板在下的搭接方式，搭接宽度为10mm，固定于焊接平台上，焊嘴离母材垂直距离为8-11mm，焊丝送进位置偏离钛板边缘0mm处，焊枪与铜板所夹的角度α是45-60度。
步骤三、调节工艺参数，焊接速度为5-6mm/s，送丝速度为6-8m/min，焊接电压为13.7-14.7V，焊接电流为147-158A，采用气流量为15-17L/min的99.99%高纯氩气保护，焊前提前0.6-1.0秒送气，焊后延迟0.8-1.0秒关气。在该焊接工艺参数条件下，CMT焊接工艺稳定性好，焊缝成形美观，表面光亮。钛板局部熔化，铜板完全熔透，形成了熔化金属与钛板的三个结合面。图3是采用焊丝偏离钛母材边缘距离D为0mm时典型的接头结构组成示意图。
实施例二：
本实施方式与具体是实施方式一不同点：步骤三中所述焊丝偏离钛母材边缘距离D为1mm。其它与具体实施方式一相同。图4是采用焊丝偏离钛母材边缘距离D为1mm时典型的接头结构组成示意图。
Claims (4)
1.钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，其特征在于采用高熔点的金属钛板在上而低熔点的金属铜板在下的搭接方式，搭接宽度为8-10mm，采用镍铝青铜焊丝，通过冷金属过渡技术进行焊接，焊接时大量的铜母材熔化，钛板局部熔化，从而实现钛和铜的有效连接。
2.根据权利要求1所述的钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，其特征在于铜母材和钛母材的厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述的钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，其特征在于焊接电压为12.6-17.0V，焊接电流为136-184A，送丝速度为6.0-8.0m/min，焊接速度为5.0-6.0mm/s。
4.根据权利要求1所述的钛/铜异种金属冷金属过渡连接方法，其特征在于焊嘴离母材垂直距离为8-11mm，焊丝送进位置偏离钛板边缘0-1mm处，采用99.99%的高纯氩气作为保护气体，焊接时气流量为15-17L/min，焊前提前0.6-1.0秒送气，焊后延迟0.8-1.0秒关气。
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