CN103143802B - 一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法，如下：(1)、对钛合金板与铝合金板进行表面清理；(2)、在钛合金板待焊部位涂覆助镀剂并风干；(3)、将钛合金板待焊部位放入钎料池中处理一段时间；(4)、对钛合金板上涂覆的钎料层进行打磨，要求钎料层光滑、厚度均匀；(5)、将钛合金板与铝合金板待焊部位搭接在一起，置于真空钎焊炉中进行焊接。本发明的焊接方法连接可靠不断裂；工艺方法简单、制造成本低；焊接过程在真空炉中进行，真空气氛防止了铝合金表面氧化膜的产生，避免了钛与活性气体发生反应，保证润湿铺展过程的顺利进行，有利于提高钎焊接头的质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法。
背景技术
钛及钛合金具备质轻、比强度高、断裂韧性和抗腐蚀性能好等优势，经过几十年的发展，在航空航天、汽车舰船等领域已被证明是工艺性能好、使用价值高的材料。2004-2006年期间，全球钛合金的用量增加了近50％，航空航天等领域需求量逐渐增加，并在汽车化工等新兴应用领域快速发展。同时，钛合金在乘用车及跑车等行业上的应用也越来越广泛，目前，已在丰田、本田、法拉利和保时捷等品牌的汽车中得到应用。然而，限制钛合金应用最大的问题在于其高成本，为克服高成本的限制以满足广泛的钛合金应用需求，在性能要求不太严格的部位可寻求其它材料替代钛合金，以降低用钛用量。作为另一种轻质高强结构材料，铝合金在航空、航天、汽车等领域广泛应用。近些年发展起来的新型高强铝合金具有较高的断裂韧度和抗疲劳特性，可满足航空航天等领域对轻质、高强度和长期耐用方面的要求。而相对于钛合金，铝合金在重量和成本上均具有明显的优势。
异种金属复合构件有效地利用了多种材料，具备各自的特征性能，在工业生产中广泛应用。钛合金和铝合金组合成的Ti/Al复合构件具备多方面的优势：1)比强度高；2)优异的低温韧性和抗腐蚀性能；3)具有铝合金重量轻、成本低等优势，可满足航空航天、汽车舰船等领域轻质化、结构功能一体化和低成本设计要求。在卫星推进系统的管路结构中钛/铝组合管路得到了广泛应用，其焊接结构成为代替机械连接的最佳选择和发展方向。在化工领域常用氨气气提法制备尿毒，由于尿素的腐蚀性，设备主体采用钛合金，为了降低成本其封头大多采用工业纯铝。焊接相对于机械连接、铆接等接头形式，具有低成本、高质量等连接优势。然而，由于钛合金和铝合金物化性能相差很大，存在冶金学上的不相容性，传统的熔焊易产生大量的金属间化合物脆性相。加之二者线膨胀系数差异巨大，接头内存在严重的残余应力，极易形成低应力破坏。目前，通过熔钎焊、激光焊、真空钎焊、扩散焊、摩擦焊等方式可实现钛合金和铝合金的结合，但由于产生脆性金属间化合物、接头尺寸形状受设备限制、设备昂贵、工艺条件复杂等方面的原因，Ti/Al复合构件的实际应用受到极大限制，寻求一种简单可靠的方法来焊接钛合金与铝合金成为了重中之重。
钎焊，就是在低于母材熔点、高于钎料熔点的某一温度下加热母材，通过液态钎料在母材表面或间隙中润湿，铺展、毛细流动填缝，最终凝固结晶，而实现原子间结合的一种材料连接方法。运用钎焊方法连接钛合金与铝合金，由于钎焊温度低于铝母材的熔点，钎焊过程中钛合金与铝合金母材均保持固态，仅钎料发生熔化，可以在一定程度上减少金属间化合物的生成，并且真空炉中接头温度分布较均匀，易于保证接头组织和性能的一致性。只要实现铝基钎料在钛母材表面的润湿铺展，就能在打磨钛合金表面的钎料层后直接与铝合金进行钎焊连接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法，解决了其他方法在界面处产生硬而厚脆性金属间化合物、接头结合强度过低、出现裂纹的技术问题，优化了普通钎焊过程中铝基钎料难以润湿钛母材及连接过程繁琐的问题，实现了钛合金与铝合金的可靠钎接。
1、一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法，其特征在于，方法如下：
(1)、对钛合金板与铝合金板进行表面清理；
(2)、在钛合金板待焊部位涂覆助镀剂并风干；
(3)、将钛合金板待焊部位放入钎料池中浸渡处理；
(4)、对钛合金板上涂覆的钎料层进行打磨，要求钎料层光滑、厚度均匀；
(5)、将钛合金板与铝合金板待焊部位搭接在一起，置于真空钎焊炉中进行焊接。
本发明还具有如下特征：
1、所述的浸渡材料选用熔点低于铝合金板的AlSi12。
2、所述的步骤(2)的助镀剂为氟化物钎剂NOCOLOK溶于丙酮制成悬浊液。
3、所述的步骤(3)具体为AlSi12放入石墨坩埚，加热至750℃，待AlSi12完全熔化后保温一小时，将钛板涂有钎剂的一侧垂直浸入石墨坩埚的AlSi12液体中，浸镀1min后将钛板以5cm/s的速度匀速抽出，自然冷却。
4、所述的步骤(4)打磨后钎料层厚度为0.1mm。
本发明的钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法效果在于：
(1)在钛板表面涂覆助焊剂作为前处理工艺，大大提高了钎料在钛板表面的润湿铺展能力，使钛板表面形成一层与母材结合良好的钎料镀层，由于浸镀温度远低于钛熔点，热浸镀时间较短，限制了热浸镀过程中钛合金与镀钎料层界面上钛铝系金属间化合物的生长，连接可靠不断裂。
(2)传统的钛合金与铝合金预涂层钎焊方法，常在钛板表面浸镀铝层后浸镀钎料层，或者在浸镀铝层后的焊接过程中额外添加钎料。本发明所使用镀层材料熔点低于铝母材，在钎焊过程中镀层熔化充当钎料，与铝板焊接在一起，工艺方法简单、制造成本低。
(3)焊接过程在真空炉中进行，真空气氛防止了铝合金表面氧化膜的产生，避免了钛与活性气体发生反应，保证润湿铺展过程的顺利进行，有利于提高钎焊接头的质量。
附图说明
图1电阻炉中浸镀钎料过程示意图；
图2浸镀钎料后钛合金板示意图；
图3经过打磨后钛合金板示意图；
图4真空钎焊过程装配示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例进一步说明：
实施例1
本发明提供了一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法，如图1-4为主要过程图；母材为50mm×40mm×2mm的TC4钛合金板2与纯铝板8，镀层材料选用熔点低于铝母材的AlSi12，在钎焊过程中镀层熔化充当钎料，与铝板焊接在一起。助镀剂3为将氟化物钎剂NOCOLOK溶于丙酮制成悬浊液，将助镀剂3涂于钛合金板材的一端宽15mm的范围，自然风干；将清理后的AlSi12焊丝截成小段放入石墨坩埚1，将石墨坩埚1放入电炉中加热至750℃，待AlSi12焊丝完全熔化后保温一小时使铝液温度均匀化。将钛板涂有钎剂的一端垂直浸入钎料液4中，浸镀1min后将钛板以5cm/s的速度匀速抽出，自然冷却。对钛合金板上涂覆的钎料层5进行打磨，要求光滑、厚度均匀，打磨后的钎料层5厚度为0.1mm。将镀铝的钛合金板2与铝板8用丙酮清理后装配成搭接接头，搭接长度10mm，接头放置在垫片上7，接头的上端放置有重物6。置于真空钎焊炉中进行钎焊连接，即得到结合良好的钛、铝异种金属钎焊接头。
Claims (1)
1.一种钛合金与铝合金钎料预涂覆真空钎焊方法，其特征在于，方法如下：
(1)、对钛合金板与铝合金板进行表面清理；
(2)、在钛合金板待焊部位涂覆助镀剂并风干；助镀剂为氟化物钎剂NOCOLOK溶于丙酮制成悬浊液，将助镀剂涂于钛合金板材的一端宽15mm的范围内；
(3)、将AlSi12放入石墨坩埚，加热至750℃，待AlSi12完全熔化后保温一小时，将钛合金板涂有助镀剂的一侧垂直浸入石墨坩埚的AlSi12液体中，浸镀1min后将钛合金板以5cm/s的速度匀速抽出，自然冷却；
(4)、对钛合金板上涂覆的钎料层进行打磨，打磨后钎料层厚度为0.1mm，要求钎料层光滑、厚度均匀；
(5)、将镀铝的钛合金板与铝合金板用丙酮清理后装配成搭接接头，搭接长度10mm，接头放置在垫片上，接头的上端放置有重物；将钛合金板与铝合金板待焊部位搭接在一起，置于真空钎焊炉中进行焊接。
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