CN105855735A - TiAl金属间化合物的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TiAl金属间化合物的焊接方法，用于解决现有TiAl金属间化合物的焊接方法焊接接头强度差的技术问题。技术方案是采用LFW固相焊接技术，不再需要耗费大量的焊前准备工作时间，生产效率高，一般6s内即可完成焊接，同时在焊接过程中也无需耗费保护气体，减少了生产成本。其次，在线去应力退火工艺的应用，可有效解决焊接热裂纹倾向严重的问题。并且其易于实施易于装卸，与预制纯铜中间层的方法相比工序更少，生产效率高，且其接头力学性一般与母材力学性能相当，无需再进行焊后热处理。

Description

TiAl金属间化合物的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，特别涉及一种TiAl金属间化合物的焊接方法。
背景技术
TiAl金属间化合物作为一种先进的轻质高温结构材料，使用温度达700～1000℃，因其具有高的比强度、比模量、良好的抗氧化性、抗蠕变性及优良的高温强度、刚度及低的密度等，所以在飞机发动机系统所选用的新一代高温整体叶盘中，以明显的优势成为极具吸引力的候选材料。但是TiAl金属间化合物的室温脆性、难变形加工性一直是困扰其推广应用的难题，其焊接性差更是业界的难题。此外，采用现有的熔焊方法进行焊接，不但需要耗费大量的焊前准备工作时间从而降低了生产效率，同时在焊接过程中也需耗费大量的保护气体，导致了生产成本的增加。
文献1“Won-Bae Lee,Young-Jig Kim,Seung-Boo Jung.Effects of copper insert layeron the properties of friction welded joints between TiAl and AISI 4140structural steel.Intermetallics,2004(12),671-678.”公开了一种TiAl金属间化合物与AISI 4140结构钢异种接头的旋转摩擦焊接方法。该方法分两步实现：第一步先采用旋转摩擦焊工艺将棒状纯铜工件焊接到AISI 4140结构钢后，去处接头处的飞边和多余的纯铜；第二步将所得的AISI/纯铜工件以纯铜端为待焊面与TiAl工件再次进行旋转摩擦焊接，从而获得以纯铜为中间层的异种TiAl金属间化合物/AISI 4140结构钢旋转摩擦焊接头。
该方法虽然利用纯铜中间层避免了焊接界面中裂纹的产生，但是纯铜中间层的制备增加了焊接工序，降低了生产效率，其所得接头的拉伸性能也只有375MPa，低于母材强度。而且由于旋转摩擦焊只能焊接棒状工件，因此其应用也受到较大的限制。
发明内容
为了克服现有TiAl金属间化合物的焊接方法焊接接头强度差的不足，本发明提供一种TiAl金属间化合物的焊接方法。该方法采用一种新型的固相焊接工艺：线性摩擦焊(Linear Friction Welding:LFW)，LFW打破了传统旋转摩擦焊的局限性，可用来焊接非圆形截面(包括矩形、方形等)的金属、塑料等工件，极大地扩展了摩擦焊接的应用领域。其次，该方法辅以在线去应力退火工艺，利用火焰枪或感应加热线圈对焊件进行在线去应力退火，可有效解决焊接热裂纹倾向严重及接头力学性能较低的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种TiAl金属间化合物的焊接方法，其特点是包括以下步骤：
(a)先将TiAl金属间化合物待焊工件分别放入线性摩擦焊机振动端和顶锻端的焊接夹具中，固定夹具后，调节待焊工件的待焊面间距至1～2mm。将火焰枪或者感应加热线圈固定在待焊工件四周。其中火焰枪喷头距离待焊面的间距为30～50mm；感应线圈的直径应大于待焊工件焊接面的长度尺寸8～10mm。
(b)采用LFW技术，选择工艺参数：摩擦压力70～80MPa，顶锻压力120～150MPa，振幅2～3mm，频率30～35Hz，焊接时间4～6s，进行焊接。当焊接程序进行到顶锻阶段，保压程序开始的0～1s内，立即使用火焰枪，或者感应加热线圈对焊接接头进行在线去应力热处理，热处理温度1000～1200℃，热处理时间8～15s。
(c)空冷5分钟后拆卸焊接夹具取出TiAl金属间化合物焊接件。
本发明的有益效果是：该方法由于采用LFW固相焊接技术，不再需要耗费大量的焊前准备工作时间，生产效率高，一般6s内即可完成焊接，同时在焊接过程中也无需耗费保护气体，减少了生产成本。其次，在线去应力退火工艺的应用，可有效解决焊接热裂纹倾向严重的问题。并且其易于实施易于装卸，与预制纯铜中间层的方法相比工序更少，生产效率高，且其接头力学性一般与母材力学性能相当，无需再进行焊后热处理。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明TiAl金属间化合物的焊接方法所涉及的在线去应力退火装置中火焰枪的装配示意图，其中A为火焰枪喷嘴。
图2是本发明TiAl金属间化合物的焊接方法所涉及的在线去应力退火装置中感应加热圈的装配示意图，其中B为感应加热圈。
图3是本发明方法实施例获得的接头外表面照片。
图4是本发明方法实施例获得的接头截面光镜照片。
图5是本发明方法实施例获得的接头拉伸试样结果照片。
具体实施方式
参照图1-5。本发明TiAl金属间化合物的焊接方法具体步骤如下：
本发明采用线性摩擦焊接技术实现TiAl金属间化合物的可靠连接。以下是本发明给出的具体实施实例，需要说明的是，这一实施实例是本发明的一个典型例子，用于本领域科研技术人员理解本发明，但本发明并不局限于这一实施实例。
选择尺寸为10×17×50mm的TiAl金属间化合物焊接件(焊接面为10×17mm)，本实例选取液化气火焰枪进行在线去应力退火。先将所述试样在焊接夹具上固定好后，参照图1中火焰枪喷嘴A的装配示意图，在待焊工件的待焊面的四周分别布置好火焰枪喷头，并调整各个火焰枪喷头距离待焊工件表面的距离为40mm，之后调节待焊工件的待焊面间距至2mm；选择焊接工艺参数：摩擦压力75MPa，顶锻压力120MPa，振幅2.5mm，频率35Hz，焊接时间4s，采用线性摩擦焊接技术进行连接；当焊接程序进行至顶锻阶段，保压开始时，立即使用在四周布置好的液化气火焰枪喷头对试样进行去应力退火，外焰温度1200℃，退火10s；空冷后拆卸夹具，取出TiAl金属间化合物焊接件，完成焊接。
从图3可以看出，本实施实例获得的接头飞边挤出量适中，闭合良好，焊缝成形较好。从图4可以看出，接头中无气孔、裂纹等缺陷。综上所述表明，该工艺实现了金属间化合物的可靠连接。
图5所示为接头拉伸试样结果，拉伸试样的断裂均发生于母材处，说明接头的质量优于母材。因此，本发明开发的工艺切实可行。

Claims (1)

1.一种TiAl金属间化合物的焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)先将TiAl金属间化合物待焊工件分别放入线性摩擦焊机振动端和顶锻端的焊接夹具中，固定夹具后，调节待焊工件的待焊面间距至1～2mm；将火焰枪或者感应加热线圈固定在待焊工件四周；其中火焰枪喷头距离待焊面的间距为30～50mm；感应线圈的直径应大于待焊工件焊接面的长度尺寸8～10mm；
(b)采用LFW技术，选择工艺参数：摩擦压力70～80MPa，顶锻压力120～150MPa，振幅2～3mm，频率30～35Hz，焊接时间4～6s，进行焊接；当焊接程序进行到顶锻阶段，保压程序开始的0～1s内，立即使用火焰枪，或者感应加热线圈对焊接接头进行在线去应力热处理，热处理温度1000～1200℃，热处理时间8～15s；
(c)空冷5分钟后拆卸焊接夹具取出TiAl金属间化合物焊接件。
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