CN110666394A - 一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料及其制备方法 - Google Patents

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祁焱
梅俊
徐立红
臧岩
赵栋梁
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Abstract

本发明属于钎焊技术领域，特别涉及一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料及其制备方法。该钎料的化学成分按质量百分比表示为Zr：15‑27％、Cu：5‑15％、V：5‑15％、Be：5‑15％，余量为Ti；所述钎料的熔点温度低于750℃，焊接温度低于850℃。该钎料成分具有较强的非晶形成能力，可采用真空快淬或定向凝固工艺，制备厚度0.03～1.5mm的非晶箔带或非晶薄板；并且该钎料的焊接温度低于850℃，能够满足钛合金低焊接温度和中等焊接强度的焊接需求。

Description

一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料及其制备方法
技术领域
本发明属于钎焊技术领域，特别涉及一种具有低焊接温度的钛基钎料及其制备方法，适用于钛合金非结构件、钛合金工件的修复、低温二次补焊等钎焊连接。
背景技术
钛基非晶态钎料是具有非晶态组织的一种箔状带材，其优异的焊接性能广泛应用于钛合金薄壁及异形复杂截面结构件的钎焊。钛基非晶态钎料的焊接温度普遍超过950℃，这是因为钎料的熔点多数在830℃以上，并且其真空快淬制备工艺，在保证钎料非晶态的前提下，只适合制备0.03～0.05mm厚度的箔带。随着钎焊连接材料和服役环境的复杂多变，在一些特殊场合，如钛合金非结构件的钎焊连接、钛合金工件的修复、低温二次补焊等，钎焊连接要求钎料熔点小于750℃的，并能在焊接温度小于850℃的情况下，提供中等焊接强度(室温Rm≥500MPa；400℃Rm≥400MPa)。
加入低熔点的合金元素可有效降低钛合金非晶态钎料的熔点，钎料在后续焊接过程亦可采用较低的焊接温度；但是单以降低熔点的成分设计会造成非晶态钎料制备上的困难。
本发明在设计钎料成分时综合考虑了钎料熔点、非晶形成能力、带材成形性以及焊接性能，在钎料制备时，既可采用真空快淬技术，快速凝固制备0.03～0.1mm厚度的非晶箔带；又可采用真空定向凝固技术，以较慢速度制备0.1～1.5mm厚度的非晶薄板，满足客户对于钎料厚度的不同需求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，满足一些特殊场合(常规钛合金牌号(TC、TA系列)非结构件连接、钛合金工件的修复、低温二次补焊等)，钛合金钎焊对低焊接温度、中等强度、钎料不同厚度的需求。
本发明的另一个目的是提供一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，该钎料的化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti；所述钎料为非晶态箔带或非晶态薄板。
所述钎料的熔点温度低于750℃，焊接温度低于850℃。
所述钎料能够提供中等焊接强度，焊接后抗拉强度Rm室温≥550MPa，Rm400℃≥400MPa。
所述钎料为采用真空快淬制备成0.03～0.1mm厚度的非晶态箔带。
所述钎料为采用真空定向凝固制备成0.1～1.5mm厚度的非晶态薄板。
一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti的钎料原料，通过磁悬浮熔炼预先合金化，并浇铸成TiZrVCuBe合金；
(2)利用真空快淬设备，将TiZrVCuBe合金放置在高纯石英管中，采用中高频感应快速加热石英管中的合金，待合金熔化后，利用惰性气体加压将石英管中的熔体喷射至高速旋转的冷却铜辊上形成非晶箔带。
一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti的钎料原料，通过磁悬浮熔炼预先合金化，并浇铸成TiZrVCuBe合金；
(2)利用真空定向凝固设备，将TiZrVCuBe合金放置在氧化锆坩埚中加热，合金熔化后，首先凝固在水冷模中引锭杆的端部，并在牵引机构的运动下，铸坯以10～30mm/min的速度随引锭杆移出铸型，形成非晶薄板。
一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的用途，所述钎料适用于常规钛合金牌号非结构件、钛合金工件的修复、低温二次补焊。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的钛基非晶态钎料，在钎料成分设计过程中综合考虑了钎料熔点、非晶形成能力、带材成形性、以及焊接性能，能够满足客户对于低熔点(640～750℃)、低焊接温度(小于850℃)，中等强度(室温Rm≥500MPa；400℃Rm≥400MPa)的需求。该钎料能够采用真空快淬技术制备0.03～0.1mm厚度的非晶箔带；也可采用真空定向凝固技术制备0.1～1.5mm厚度的非晶薄板，满足客户对于不同钎料厚度的需求。
本发明具有很好的推广和实用价值，能够解决目前钛基非晶态钎料熔点、钎焊温度较高，一些特殊场合不适用，以及客户对不同厚度钎料的需求，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明具有低焊接温度的钛基钎料的DSC曲线图；
图2a为本发明采用真空快淬制备的箔带照片；
图2b为本发明采用定向凝固制备的薄板照片；
图3为本发明钎料焊接样件后，加工得到的拉伸试样照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
本实施例中的具有低焊接温度的钎料成分由Ti，Zr，V，Cu，Be元素组成。钎料各化学成分的质量百分比具体为Zr含量为25％，Cu含量为10％，V含量为10％，Be含量为15％，余量为Ti。
将TiZrVCuBe通过磁悬浮熔炼预先合金化，并浇铸成直径20mm的短棒。从铸棒中取样，并进行DSC熔点测试，如图1所示，钎料的固相线温度680℃，液相线温度740℃。
利用发明人在先申请的真空快淬设备(中国发明专利申请号No.201810510425.5)，将一定量的TiZrVCuBe合金放置在高纯石英管中，石英管底部开有一定尺寸的嘴缝，采用中高频感应快速加热石英管中的合金，待合金熔化后，利用惰性气体加压将石英管中的熔体喷射至高速旋转的冷却铜辊上形成非晶箔带，如图2a所示，非晶钎料箔带能够连续成带，且表面质量良好。
利用真空定向凝固设备，将一定量的TiZrVCuBe合金放置在氧化锆坩埚中，坩埚下方的水冷铸型可根据钎料厚度要求设置铸坯尺寸，合金熔化后，首先凝固在水冷模中引锭杆的端部，并在牵引机构的运动下，铸坯以10～30mm/min的速度随引锭杆移出铸型，形成非晶薄板，如图2b所示，钎料薄板厚度1mm，表面质量良好。
将非晶钎料箔带铺设在待焊工件(TC4)之间，采用真空钎焊工艺，焊接温度830℃，保温30min，将焊接后的工件进行机加工，制成标准拉伸试样，如图3所示。
将拉伸试样分别进行室温和400℃拉伸，由表1所示拉伸数据可知，该钎料用于钛合金钎焊，在焊接温度小于850℃的情况下，钎料能够提供室温Rm 550MPa；400℃Rm 470MPa，能够满足中等强度(室温Rm≥500MPa；400℃Rm≥400MPa)的要求。
表1为拉伸试样的力学测试数据
Figure BDA0002226893680000051

Claims (8)

1.一种具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，其特征在于：该钎料的化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti；所述钎料为非晶态箔带或非晶态薄板。
2.根据权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，其特征在于：所述钎料的熔点温度低于750℃，焊接温度低于850℃。
3.根据权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，其特征在于：所述钎料能够提供中等焊接强度，焊接后抗拉强度Rm室温≥550MPa，Rm400℃≥400MPa。
4.根据权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，其特征在于：所述钎料为采用真空快淬制备成0.03～0.1mm厚度的非晶态箔带。
5.根据权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料，其特征在于：所述钎料为采用真空定向凝固制备成0.1～1.5mm厚度的非晶态薄板。
6.一种如权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti的钎料原料，通过磁悬浮熔炼预先合金化，并浇铸成TiZrVCuBe合金；
(2)利用真空快淬设备，将TiZrVCuBe合金放置在高纯石英管中，采用中高频感应快速加热石英管中的合金，待合金熔化后，利用惰性气体加压将石英管中的熔体喷射至高速旋转的冷却铜辊上形成非晶箔带。
7.一种如权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将化学成分按质量百分比表示为Zr：15-27％、Cu：5-15％、V：5-15％，Be：5-15％，余量为Ti的钎料原料，通过磁悬浮熔炼预先合金化，并浇铸成TiZrVCuBe合金；
(2)利用真空定向凝固设备，将TiZrVCuBe合金放置在氧化锆坩埚中加热，合金熔化后，首先凝固在水冷模中引锭杆的端部，并在牵引机构的运动下，铸坯以10～30mm/min的速度随引锭杆移出铸型，形成非晶薄板。
8.一种如权利要求1所述的具有低焊接温度的钛基非晶态钎料的用途，其特征在于：所述钎料适用于常规钛合金牌号非结构件、钛合金工件的修复、低温二次补焊。
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