CN110340505A - 一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法 - Google Patents

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张林杰
杨白钰
王梣鸿
张延斌
郭潜
尚香涛
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Abstract

本发明公开了一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，包括以下步骤：1)对待焊接的两块钼合金基板进行预处理；2)在待焊接的两块钼合金基板之间放置Ti箔，其中，Ti箔所在的区域大于焊接电极的工作面；3)向待焊接区域吹惰性气体；4)将焊接电极作用于待焊接的两块钼合金基板上，由于Ti箔的电阻率大于钼合金基板的电阻率，焊接电极输出焊接电流，通过Ti箔增加焊接电流在待焊接的两块钼合金基板之间产生的焦耳热，使得Ti箔优先融化，形成的钎料与钼合金基板进行冶金结合，同时在焊接电极顶锻压力的作用下实现Ti箔与钼合金板之间的搭接焊接，该方法能够实现钼合金板的搭接焊接，且焊接接头强度较高。

Description

一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法。
背景技术
Mo是一种具有高熔点的难熔金属，因其耐高温性、高比强度、高比模量、低热膨胀系数等一系列优异性能，因此Mo合金被世界核工业界列为ATF包壳的主要备选材料。然而，由于Mo及Mo合金一旦经历熔化/凝固或再结晶，其强韧性优势将消失，并出现严重的脆化和气孔缺陷问题。特别是对于核燃料包壳密封端塞处需要搭接形式实现Mo管-棒相连，其接头强度更低。采用电阻焊可以避免熔化焊所面临的接头晶粒粗大等问题。但是，Mo是一种电阻率极低、导热系数和熔点很高的金属，而且表明活性也很低，所以在电阻焊会造成界面热输入不足而难以结合的问题。
Liu等人(2017)研究了厚度0.13mm粉末冶金钼铼合金搭接接头的Nd:YAG激光连续焊，在熔化区结合界面处观察到多处大尺寸气孔，气孔直径约为母材板厚的15～20％。
Xu等人(2012)进行了0.127mm厚粉末冶金钼铼合金搭接接头的电阻点焊研究。发现各种焊接条件下接头FZ区都出现了大尺寸气孔缺陷。
虽然已有大量学者针对Mo合金板搭接焊接过程中存在的难点，展开了许多研究，也已经取得一定的进展。但仍未能形成高强度连接，这还需要学者展开进一步的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，该方法能够实现钼合金板的搭接焊接，且焊接接头强度较高。
为达到上述目的，本发明所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法包括以下步骤：
1)对待焊接的两块钼合金基板进行预处理；
2)在待焊接的两块钼合金基板之间放置Ti箔，其中，Ti箔所在的区域大于焊接电极的工作面；
3)向待焊接区域吹惰性气体；
4)将焊接电极作用于待焊接的两块钼合金基板上，由于Ti箔的电阻率大于钼合金基板的电阻率，焊接电极输出焊接电流，通过Ti箔增加焊接电流在待焊接的两块钼合金基板之间产生的焦耳热，使得Ti箔优先融化，形成的钎料与钼合金基板进行冶金结合，同时在焊接电极顶锻压力的作用下实现Ti箔与钼合金板之间的搭接焊接。
步骤1)的具体操作为：用砂纸对待焊接的两块钼合金基板表面进行打磨，然后使用丙酮擦拭后吹干。
惰性气体为氩气。
当待焊接的两块钼合金基板的厚度为1mm时，Ti箔的厚度为0.03mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法在具体操作时，由于Ti的电阻值远远高于Mo合金，在电阻焊接时，通过在焊接区域添加低熔点的Ti箔，焊接电流通过两块钼合金基板之间时产生大量的焦耳热，由于Ti的熔点比钼合金基板低近800℃，焊接时，Ti箔会优先熔化，形成的钎料与钼合金基板冶金结合，凝固后实现钼合金基板的焊接，且Ti与Mo合金无限互溶，无低熔点脆性中间相，部分熔化的Ti会与熔化的Mo合金结合，起到固溶强化的作用，进一步提高焊接接头的强度，经试验，采用本发明可以实现钼合金基板的搭接，并且焊接接头强度较高。
附图说明
图1为Ti-Mo二元平衡相图；
图2a为实施例一的焊接示意图；
图2b为实施例一的焊接实物图；
图3a为实施例一不添加Ti箔3试样焊后金相横截面及区域的放大图；
图3b为实施例一添加0.01mmTi箔3试样焊后金相横截面及区域的放大图；
图3c为实施例一添加0.03mmTi箔3试样焊后金相横截面及区域的放大图；
图3d为实施例一添加0.05mmTi箔3试样焊后金相横截面及区域的放大图；
图3e为实施例一添加0.1mmTi箔3试样焊后金相横截面及区域的放大图；
图4为实施例一添加不同厚度Ti箔3试样剪切试验载荷-Ti箔3厚度的折线图；
图5a为实施例一不添加Ti箔3试样剪切试验断后断口的形貌图；
图5b为实施例一添加0.01mmTi箔3试样剪切试验断后断口的形貌图；
图5c为实施例一添加0.03mmTi箔3试样剪切试验断后断口的形貌图；
图5d为实施例一添加0.05mmTi箔3试样剪切试验断后断口的形貌图；
图5e为实施例一添加0.1mmTi箔3试样剪切试验断后断口的形貌图；
图6为实施例一添加0.03mmTi箔3对照组试样剪切试验后的横截面图。
其中，1为焊接电极、2为钼合金基板、3为Ti箔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2a及图2b，本发明所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法包括以下步骤：
1)对待焊接的两块钼合金基板2进行预处理；
2)在待焊接的两块钼合金基板2之间放置Ti箔3，其中，Ti箔3所在的区域大于焊接电极1的工作面；
3)向待焊接区域吹惰性气体；
4)将焊接电极1作用于待焊接的两块钼合金基板2上，由于Ti箔3的电阻率大于钼合金基板2的电阻率，焊接电极1输出焊接电流，通过Ti箔3增加焊接电流在待焊接的两块钼合金基板2之间产生的焦耳热，使得Ti箔3优先融化，形成的钎料与钼合金基板2进行冶金结合，同时在焊接电极1顶锻压力的作用下实现Ti箔3与钼合金板之间的搭接焊接。
步骤1)的具体操作为：用砂纸对待焊接的两块钼合金基板2表面进行打磨，然后使用丙酮擦拭后吹干。
具体的，惰性气体为氩气；当待焊接的两块钼合金基板2的厚度为1mm时，Ti箔3的厚度为0.03mm。
Ti箔3的面积大于焊接电极1工作面的面积，可以提升Ti箔3作为中间层产生的焦耳热，同时有效利用Ti箔3作为填充钎料与钼合金基板2的结合区域；另外，本发明在焊接过程中向待焊区域吹氩气，钼合金基板2与Ti箔3采用三明治结构额焊接方式，避免焊接过程中钼合金基板2和Ti箔3在高温下与环境气体反应。
实施例一
本实施例的具体操作过程为：将钼合金基板2依次用80#砂纸、600#砂纸及1000#砂纸进行打磨，丙酮擦拭，吹干备用；2)将不同厚度Ti箔3(不添加Ti箔3，添加0.01mm，0.03mm，0.05mm，0.1mmTi箔3)放置于两块钼合金基板2之间，Ti箔3的面积大于焊接电极1直径6mm，保证钼合金基板2及Ti箔3贴合紧密，3)实施电阻焊接，焊接压力为600kg，通电时间为0.4s，电极电压为7.3V，实际通过电流为20kA；4)对焊后试样过焊点中心线切割，并进行金相制样，观测焊接接头横截面形貌如图3a至图3e所示；5)对焊接接头试样进行剪切试验，试验结果如图4所示，焊接接头断厚形貌如图5a至图5e所示，可以发现添加0.03mm的试样断在钼合金基板2的热影响区，对其过焊点中心进行线切割，进行金相制样，观测其断后横截面形貌，如图6所示。
在实施例一的剪切试验中，添加Ti箔3的搭接接头抗剪载荷最高达到了2.8kN，断裂位置为钼合金基板2的热影响区，而不添加Ti箔3的钼合金基板2直接搭接焊接头抗剪载荷为1.6kN，从断口形貌也可以看出未能形成有效结合。

Claims (4)

1.一种添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对待焊接的两块钼合金基板(2)进行预处理；
2)在待焊接的两块钼合金基板(2)之间放置Ti箔(3)，其中，Ti箔(3)所在的区域大于焊接电极(1)的工作面；
3)向待焊接区域吹惰性气体；
4)将焊接电极(1)作用于待焊接的两块钼合金基板(2)上，由于Ti箔(3)的电阻率大于钼合金基板(2)的电阻率，焊接电极(1)输出焊接电流，通过Ti箔(3)增加焊接电流在待焊接的两块钼合金基板(2)之间产生的焦耳热，使得Ti箔(3)优先融化，形成的钎料与钼合金基板(2)进行冶金结合，同时在焊接电极(1)顶锻压力的作用下实现Ti箔(3)与钼合金板之间的搭接焊接。
2.根据权利要求1所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：用砂纸对待焊接的两块钼合金基板(2)表面进行打磨，然后使用丙酮擦拭后吹干。
3.根据权利要求1所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，其特征在于，惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的添加钛箔的Mo合金搭接接头电阻焊方法，其特征在于，当待焊接的两块钼合金基板(2)的厚度为1mm时，Ti箔(3)的厚度为0.03mm。
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