CN116690127B - 一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 - Google Patents
一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116690127B CN116690127B CN202310980400.2A CN202310980400A CN116690127B CN 116690127 B CN116690127 B CN 116690127B CN 202310980400 A CN202310980400 A CN 202310980400A CN 116690127 B CN116690127 B CN 116690127B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plate
- powder
- transition joint
- polishing
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 80
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 30
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical group N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 24
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 16
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 16
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 14
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 7
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 6
- 238000007590 electrostatic spraying Methods 0.000 claims description 6
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 6
- IEPRKVQEAMIZSS-UHFFFAOYSA-N Di-Et ester-Fumaric acid Natural products CCOC(=O)C=CC(=O)OCC IEPRKVQEAMIZSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IEPRKVQEAMIZSS-WAYWQWQTSA-N Diethyl maleate Chemical compound CCOC(=O)\C=C/C(=O)OCC IEPRKVQEAMIZSS-WAYWQWQTSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 5
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 5
- UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N trichloroethylene Natural products ClCC(Cl)Cl UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 3
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 29
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 7
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 7
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 6
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000009740 moulding (composite fabrication) Methods 0.000 description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- -1 oxidation resistance Chemical compound 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005493 welding type Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
- B23K20/023—Thermo-compression bonding
- B23K20/026—Thermo-compression bonding with diffusion of soldering material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/14—Preventing or minimising gas access, or using protective gases or vacuum during welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/24—Preliminary treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明公开了一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,包括以下步骤S1打磨处理、S2表面清洗、S3扩散复合、S4反挤压锻造;通过本发明的制备方法得到的过渡接头锻件能够结合双金属各自的优点,具备优良的物理及化学性能;通过扩散复合,可以在材料之间形成均匀的过渡层,从而减少不同材料之间的应力集中,实现良好的接合性能;得到的过渡接头具有强度高、杂质少、不易发生焊接变形或热影响区域等的优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属焊接技术领域,具体涉及一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法。
背景技术
金属基复合材料是以一种金属材料为基体,与作为增强体的另外一种或多种金属或非金属采用一定的工艺手段结合而成的复合材料。而其中的双金属复合板是由两种不同材质或性能的金属板经加工制备复合而成。相比于单一的金属材料,双金属复合板的材质是由经过合理设计的两种金属组元组成,结合了两组元各自的优点具备单一金属材质所不具有的物理及化学性能。
由于双金属复合板在性能及经济性上具有显著的优势,近几十年来双金属复合板的开发、生产与应用越来越引起世界各国的普遍重视。目前,双金属复合板已广泛应用于航空航天、化工、能源、汽车、船舶、核工业、机械、建筑等行业中。在金属基复合材料的复合过程中,通常采用固-固相复合法,固-固相复合法是基体材料与增强材料以固态进行复合的方法,主要包括爆炸焊接法、轧制复合法、挤压和拉拔法、热压复合法、扩散复合法。适合层状金属复合板生产的方法主要有:爆炸焊合法、爆炸+轧制复合法、轧制法、扩散复合法。
扩散复合法能够进行同类材料或异种材料之间的复合。该方法是将待复合的材料加热到一定的温度,并施加一定的压力,促使界面原子发生扩散实现结合。扩散焊接接头性能决定于所选材料类型、结合面质量、温度、压力及时间。焊接类型包括自扩散连接、异扩散连接、瞬时液相扩散连接及相变超塑性扩散连接。该方法适合于熔点高、化学活性强的金属,对于异种金属以及金属与非金属的连接也可用该方法。利用此方法得到的接头与母材性能相同,并且宏观变形小,残余应力小。
钛合金具有比强度高、耐蚀性好、密度小、韧性和焊接性较好等优点,在航空工业中应用广泛。作为一种重要的结构材料,其应用时也经常会涉及与同质或异质材料的连接;扩散焊技术因具有焊接质量好、加热温度低、应力变形小、容易实现大面积搭接结构等优点,成为钛合金与各类材料连接的重要方法之一;近年来,在航空制造领域,为满足现代航空发动机高推质比、高可靠性、长寿命、低成本的要求可,扩散焊接作为一种重要的连接技术,已在新材料的连接及复杂精细结构件的制造中得到广泛应用,如某发动机转子、多孔层板结构、涡轮叶片等的制造过程都采用了扩散焊技术。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法。
本发明的技术方案如下:
一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,包括以下步骤:
S1、打磨处理:
取待复合的板材A与板材B,将其进行机械切割至大小相同、然后分别对二者的复合面进行打磨,至二者复合面的粗糙度Ra≤0.8μm;
S2、表面清洗:
将抛光后的板材A与板材B进行表面处理,然后采用三氯乙烯进行超声清洗,并烘干;
S3、扩散复合:
将烘干后的板材A与板材B的复合面分别附涂助剂粉末,并将二者复合面对应叠放在真空扩散炉中,在真空度为1.33×10-3Pa、温度为920~940℃、压力为2~5MPa的条件下保温扩散复合0.5~7h,得到预处理复合板;
S4、反挤压锻造:
将模具预热至350~450℃;然后将预处理复合板放入模具,再放置冲头并用压机下压冲头对预处理复合板进行反挤压、锻造成型后取出,得到过渡接头。
说明:通过上述方法,使双金属锻件能够结合二者各自的优点,具备单一金属材质所不具有的物理及化学性能;通过打磨处理能够去除金属板表面的杂质及其化合物,通过表面清洗,能够使金属板表面更加干净且光滑,有利于下一步的复合操作,通过扩散复合步骤,能够使两个金属板在界面处形成接触点,且随着压力的增大,通过扩散作用,原子在接触界面处相互扩散、晶界迁移,可以在材料之间形成均匀的过渡层,从而减少不同材料之间的应力集中,实现良好的接合性能;使得得到的材料具有强度高、杂质少、不易发生焊接变形且不易形成热影响区域等优点。
进一步地,所述板材A与板材B均为钛合金,且板材A为TC4,板材B为Ti-5553,步骤S1打磨过程中依次采用800、1500、2500、3000目砂纸进行打磨。
说明:通过上述两种钛合金的使用,利用金属A良好的工艺塑性和成型性、较高的淬透性和显著的热处理强化效果,金属B较高的高温拉伸强度和室温拉伸塑性、较好的室温低周疲劳强度性能,将二者配合焊接,使得形成的材料兼具二者的良好性能的同时,具有较好的过渡连接效果。
进一步地,步骤S2中,所述超声清洗的频率为33~35kHz,时间为10min。
说明:通过上述清洗参数的设置,能够使得清洗效果更优。
进一步地,步骤S2中,所述表面处理的方法为:
S2-1、首先采用电解抛光法分别对板材A与板材B表面进行抛光6~10min,其中,电解抛光法所用的电解液的成分按重量百分比计包括:冰乙酸45~35%、顺丁烯二酸二乙酯10~15%、甘氨酸1~5%,余量为丙二醇;抛光温度为-12~5℃,
S2-2、将抛光后的板材A与板材B采用质量百分浓度为25%的磷酸酸洗3~5min,随后进行干燥,并在真空度为4×10-5Pa下,利用电子束轰击二者的复合面20~35s,电子束的加速电压为10kV,电子束入射方向与板材表面的夹角为75°。
说明:通过上述表面处理,能够较好的对金属板材进行表面抛光处理,使二者的表面组织更加光滑细腻且进一步减少其表面的杂质及化合物,通过电子束轰击表面处理,能够进一步提高两个板材表面性能,增强其表面活性,使其有利于后续扩散复合的顺利进行。
进一步地,步骤S3中,所述助剂粉末为氮化硼/氧化铱粉末,附涂厚度为1~2mm。
说明:利用氮化硼的防氧化、降低材料熔点、提高湿润性、减少热应力的性质,以及氧化铱的高熔点、高硬度、化学稳定性以及一定程度的催化性能,促进焊接材料的扩散与连接,减少焊接过程中因热应力引起的形变和应力集中等现象,进而保持焊接接头的质量。
进一步地,步骤S3中,所述助剂粉末为经过改性处理的氮化硼/氧化铱粉末;所述改性处理方法为:将氮化硼/氧化铱粉末放入真空室中,充入流量为1~3 L/min的氮气,然后使用射频等离子体源进行等离子体处理,等离子体处理功率为1000~1500W,频率为13~15MHz,时间为8~12min。
说明:通过上述方法对氮化硼/氧化铱粉末进行改性处理,能够使氮化硼/氧化铱粉末的微观结构发生明显变化,可以在粉体表面生成纳米级聚合物膜,降低粉体的分散性与极性,减少粉末之间团聚生成的倾向,促进粉体与板材的相容性,从而改善其复合材料的力学性能。
进一步地,所述氮化硼/氧化铱粉末与等离子体之间的距离为10~20mm。
说明:通过上述距离的设定,能够使等离子体处理的效果较好,超过上述范围可能会造成处理过度,影响粉末本身性质,或者处理不足,可能发生团聚等现象。
进一步地,所述改性处理方法中,等离子体处理功率以1.2~1.5W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占氮化硼/氧化铱粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后将等离子体处理功率以0.8~1W/s的速度增加至1000~1500W。
说明:通过上述手段能够更进一步地提高助剂粉末的处理效果,使助剂粉末在等离子体处理后其内部的性质几乎不发生改变,且能够在减少团聚的同时促进板材之间的复合。
进一步地,步骤S3中,附涂助剂粉末采用粉末静电喷涂法,粉末静电喷涂法为,以150~300mm的喷涂距离,采用40~75kV的静电压,静电电流10~20μA,流速压力0.30~0.55MPa下,将助剂粉末均匀喷涂至板材A与板材B表面直至附涂厚度为1~2mm。
说明:通过上述粉末静电喷涂法参数的设定,使得助剂粉末能够均匀且牢固地附涂在板材复合面上,经过反复试验发现,采用上述参数能够避免造成粉末反弹和边缘麻点、粉末结团等问题。
进一步地,在步骤S4中,反挤压的挤压压力为700~800MPa,挤压速度为5~8mm/s,且所述板材A位于靠近冲头的锻件内侧,所述板材B位于靠近模具内壁的锻件外侧。
说明:通过上述挤压参数的设定,能够避免材料的过热和过快的变形,以确保锻件的质量,通过板材A与板材B相对位置的设定,能够较大程度上利用二者的特性,提高过渡接头的性能。
本发明的有益效果是:
(1)本发明的焊接成型方法可使得双金属锻件能够结合二者各自的优点,具备单一金属材质所不具有的物理及化学性能;通过扩散作用,原子在接触界面处相互扩散、晶界迁移,可以在材料之间形成均匀的过渡层,从而减少不同材料之间的应力集中,实现良好的接合性能;使得得到的材料具有强度高、杂质少、不易发生焊接变形以及不易形成热影响区域等优点;
(2)本发明通过两种钛合金的使用,可以利用金属A良好的工艺塑性和成形性、高的淬透性和显著的热处理强化效果,金属B较高的高温拉伸强度和室温拉伸塑性、较好的室温低周疲劳强度性能,将二者较好的配合焊接,使得形成的材料兼具二者的良好性能的同时起到更好的过渡连接作用;通过挤压参数的设定,能够有助于避免材料的过热和过快的变形,以确保锻件的质量,通过板材A与板材B相对位置的设定,能够较大程度上利用二者的特性,提高过渡接头的性能;
(3)本发明通过表面处理步骤,能够较好的对金属板材进行表面抛光处理,使二者的表面组织更加光滑细腻且进一步减少其表面的杂质及化合物,通过电子束轰击表面处理,能够进一步提高两个板材表面性能,增强其表面活性,使其有利于后续扩散复合的进行,通过粉末静电喷涂法参数的设定,使得助剂粉末能够均匀且牢固的附涂在板材复合面上,能够避免造成粉末反弹和边缘麻点、粉末结团等问题,通过四周采用点焊连接能够免施压过程中相互接触的待焊接面发生相对错动;
(4)本发明所用的助剂粉末利用氮化硼的防氧化、降低材料熔点、提高湿润性、减少热应力的性质,以及氧化铱的高熔点、高硬度、化学稳定性以及一定程度的催化性能,促进焊接材料的扩散与连接,减少焊接过程中因热应力引起的形变和应力集中等现象,进而保持焊接接头的质量;通过改性处理,降低粉体的分散性与极性,减少粉末之间团聚生成的倾向,促进粉体与板材的相容性,从而改善复合材料的力学性能;通过处理功率的变化以及聚乙烯醇的添加,能够更进一步地提高助剂粉末的处理效果,使助剂粉末在等离子体处理后其内部的性质几乎不发生改变,且能够在减少团聚的同时促进板材之间的复合。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明,以更好地体现本发明的优势。
实施例1:一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,包括以下步骤:
S1、打磨处理:
取待复合的板材A与板材B,将其进行机械切割至大小相同、然后分别对二者的复合面进行打磨,至二者复合面的粗糙度Ra为0.2~0.8μm;所述板材A与板材B均为钛合金,且板材A为TC4,板材B为Ti-5553,步骤S1打磨过程中依次采用800、1500、2500、3000目砂纸进行打磨;
S2、表面清洗:
将抛光后的板材A与板材B采用三氯乙烯进行超声清洗,并烘干;所述超声清洗的频率为34kHz,时间为10min;
S3、扩散复合:
将烘干后的板材A与板材B的复合面分别附涂助剂粉末,并将二者复合面对应叠放在真空扩散炉中,在真空度为1.33×10-3Pa、温度为930℃、压力为4MPa的条件下保温扩散复合0.8h,得到预处理复合板;所述助剂粉末为氮化硼粉末,附涂厚度为1.5mm;
附涂助剂粉末采用粉末静电喷涂法,粉末静电喷涂法为,以200mm的喷涂距离,采用55kV的静电压,静电电流15μA,流速压力0.4MPa下,将助剂粉末均匀喷涂至板材A与板材B表面,然后将板材A与板材B的四周采用点焊连接固定二者的相对位置,再将其进行扩散复合;
S4、反挤压锻造:
将模具预热至400℃;然后将预处理复合板放入模具,再放置冲头并用压机下压冲头对预处理复合板进行反挤压、锻造成型后取出,得到过渡接头;反挤压的挤压压力为750MPa,挤压速度为7mm/s,且所述板材A位于靠近冲头的锻件内侧,所述板材B位于靠近模具内壁的锻件外侧。
实施例2:本实施例与实施例1不同之处在于,条件参数不同,
S2、表面清洗:
将抛光后的板材A与板材B采用三氯乙烯进行超声清洗,并烘干;所述超声清洗的频率为33kHz,时间为10min;
S3、扩散复合:
将烘干后的板材A与板材B的复合面分别附涂助剂粉末,并将二者复合面对应叠放在真空扩散炉中,在真空度为1.33×10-3Pa、温度为920℃、压力为2MPa的条件下保温扩散复合7h,得到预处理复合板;所述助剂粉末为氮化硼粉末,附涂厚度为1mm;
附涂助剂粉末采用粉末静电喷涂法,粉末静电喷涂法为,以300mm的喷涂距离,采用40kV的静电压,静电电流20μA,流速压力0.30MPa下,将助剂粉末均匀喷涂至板材A与板材B表面,然后将板材A与板材B的四周采用点焊连接固定二者的相对位置,再将其进行扩散复合;
S4、反挤压锻造:
将模具预热至450℃;然后将预处理复合板放入模具,再放置冲头并用压机下压冲头对预处理复合板进行反挤压、锻造成型后取出,得到过渡接头;反挤压的挤压压力为700MPa,挤压速度为8mm/s,且所述板材A位于靠近冲头的锻件内侧,所述板材B位于靠近模具内壁的锻件外侧。
实施例3:本实施例与实施例1不同之处在于,条件参数不同,
S2、表面清洗:
将抛光后的板材A与板材B采用三氯乙烯进行超声清洗,并烘干;所述超声清洗的频率为35kHz,时间为10min;
S3、扩散复合:
将烘干后的板材A与板材B的复合面分别附涂助剂粉末,并将二者复合面对应叠放在真空扩散炉中,在真空度为1.33×10-3Pa、温度为940℃、压力为5MPa的条件下保温扩散复合0.5h,得到预处理复合板;所述助剂粉末为氮化硼粉末,附涂厚度为2mm;
附涂助剂粉末采用粉末静电喷涂法,粉末静电喷涂法为,以150mm的喷涂距离,采用75kV的静电压,静电电流10μA,流速压力0.55MPa下,将助剂粉末均匀喷涂至板材A与板材B表面,然后将板材A与板材B的四周采用点焊连接固定二者的相对位置,再将其进行扩散复合;
S4、反挤压锻造:
将模具预热至350℃;然后将预处理复合板放入模具,再放置冲头并用压机下压冲头对预处理复合板进行反挤压、锻造成型后取出,得到过渡接头;反挤压的挤压压力为800MPa,挤压速度为5mm/s,且所述板材A位于靠近冲头的锻件内侧,所述板材B位于靠近模具内壁的锻件外侧。
实施例4:本实施例与实施例1不同之处在于,步骤S2中,对抛光后的板材A与板材B进行表面处理,所述表面处理的方法为:
S2-1、首先采用电解抛光法分别对板材A与板材B表面进行抛光8min,其中,电解抛光法所用的电解液的成分按重量百分比计包括:冰乙酸40%、顺丁烯二酸二乙酯12%、甘氨酸2%,余量为丙二醇;抛光温度为-5℃,
S2-2、将抛光后的板材A与板材B采用质量百分浓度为25%的磷酸进行酸洗4min,随后进行干燥,并在真空度为4×10-5Pa下,利用电子束轰击二者的复合面25s,电子束的加速电压为10kV,电子束入射方向与板材表面的夹角为75°。
实施例5:本实施例与实施例4不同之处在于,电解液的组分不同,步骤S2-1中:电解抛光法所用的电解液的成分按重量百分比计包括:冰乙酸45%、顺丁烯二酸二乙酯10%、甘氨酸1%,余量为丙二醇;抛光温度为-12℃。
实施例6:本实施例与实施例4不同之处在于,电解液的组分不同,步骤S2-1中:电解液的组分配比为:冰乙酸35%;顺丁烯二酸二乙酯15%;甘氨酸5%,余量为丙二醇;抛光温度为5℃。
实施例7:本实施例与实施例4不同之处在于,步骤S2中,表面处理的条件参数不同:抛光10min,将抛光后的板材A与板材B采用质量百分浓度为25%的磷酸进行酸洗3min,随后进行干燥,并在真空度为4×10-5Pa下,利用电子束轰击二者的复合面20s,电子束的加速电压为10kV,电子束入射方向与板材表面的夹角为75°。
实施例8:本实施例与实施例4不同之处在于,步骤S2中,表面处理的条件参数不同:抛光6min,将抛光后的板材A与板材B采用质量百分浓度为25%的磷酸进行酸洗5min,随后进行干燥,并在真空度为4×10-5Pa下,利用电子束轰击二者的复合面35s,电子束的加速电压为10kV,电子束入射方向与板材表面的夹角为75°。
实施例9:本实施例与实施例4不同之处在于,步骤S3中,所述助剂粉末为经过改性处理的氮化硼粉末;所述改性处理方法为:将氮化硼粉末放入真空室中,充入流量为2 L/min的氮气,然后使用射频等离子体源进行等离子体处理,等离子体处理功率为1200W,频率为14 MHz,时间为11min;所述氮化硼粉末与等离子体之间的距离为15mm。
实施例10:本实施例与实施例9不同之处在于,所述改性处理参数不同,改性处理方法为:将氮化硼粉末放入真空室中,充入流量为1 L/min的氮气,然后使用射频等离子体源进行等离子体处理,等离子体处理功率为1000W,频率为13MHz,时间为12min;所述氮化硼粉末与等离子体之间的距离为10mm。
实施例11:本实施例与实施例9不同之处在于,所述改性处理参数不同,改性处理方法为:将氮化硼粉末放入真空室中,充入流量为3 L/min的氮气,然后使用射频等离子体源进行等离子体处理,等离子体处理功率为1500W,频率为15 MHz,时间为8min;所述氮化硼粉末与等离子体之间的距离为20mm。
实施例12:本实施例与实施例9不同之处在于,所述改性处理方法不同:等离子体处理功率以1.4W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占氮化硼粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后将等离子体处理功率以0.9W/s的速度增加至1200W。
实施例13:本实施例与实施例12不同之处在于,所述改性处理的功率参数不同:等离子体处理功率以1.2W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占氮化硼粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后将等离子体处理功率以0.8W/s的速度增加至1000W。
实施例14:本实施例与实施例12不同之处在于,所述改性处理的功率参数不同:等离子体处理功率以1.5W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占氮化硼粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后将等离子体处理功率以1W/s的速度增加至1500W。
实施例15:本实施例与实施例9不同之处在于,步骤S3中采用氧化铱粉末。
实验例:一、分别对实施例1~15得到的过渡接头进行抗拉强度以及延伸率的测试,测试结果如下:
1、探究不同处理方法处理对得到过渡接头性能的影响;
对比例1:步骤S3中附涂助剂粉末采用现有技术的涂粉,采用精确控制法进行附涂,其余处理与实施例1相同;
对比例2:步骤S2中采用冰乙酸作为电解液,其余处理与实施例4相同;
对比例3:步骤S3中处理功率以1.4W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后继续以1.4W/s的速度增加至1200W;其余处理与实施例12相同;
取实施例1~3、实施例4、实施例9、实施例12、实施例15,对比例1~3进行对比,如表1所示;
表 1不同处理下实验结果
从表1可以看出,经实施例12方式得到的过渡接头性能较好;
对比实施例1~3,可以发现,实施例1使用的参数较为优选;
对比实施例1与实施例4,可以发现,实施例4中使用表面处理的方式能够提高材料综合性能,较为优选;
对比实施例4与实施例9,可以发现,实施例9经过改性的助剂粉末改善复合材料的力学性能,较为优选;
对比实施例9与实施例12,可以发现,实施例12的改性处理方式能进一步提高助剂粉末的处理效果,较为优选;
对比实施例15与实施例9的对比,可以看出实施例15与实施例9的差别较小,说明实施例15中氧化铱粉末作为助剂与实施例9中氮化硼粉末作为助剂的效果均较优,且氮化硼粉末更加适用本研究;
通过对比例1实施例1进行对比,可以发现,采用实施例1的附涂方法使粉末的均匀,提高复合板复合效果,较为优选;
通过对比例2与实施例4进行对比,可以看出实施例4的电解液较为优选;
通过对比例3与实施例12进行对比,可以发现实施例12的改性处理设定方式较为优选。
2、探究不同条件参数对得到过渡接头性能的影响;
取实施例4~14进行对比,如表2所示;
表 2不同条件参数下结果
从表2可以看出,对比实施例4~6,可以发现,实施例4的电解液组分较优选;对比实施例4、实施例7与实施例8,可以发现实施例4的条件参数较为优选;对比实施例9~11,可以发现,实施例9的条件参数较为优选;对比实施例12~14,可以发现,实施例12的功率参数较为优选。
Claims (7)
1.一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、打磨处理:
取待复合的板材A与板材B,将其进行机械切割至大小相同、然后分别对二者的复合面进行打磨,至二者复合面的粗糙度Ra≤0.8μm;
S2、表面清洗:
将抛光后的板材A与板材B进行表面处理,然后采用三氯乙烯进行超声清洗,并烘干;所述表面处理的方法为:
S2-1、首先采用电解抛光法分别对板材A与板材B表面进行抛光6~10min,其中,电解抛光法所用的电解液的成分按重量百分比计包括:冰乙酸45~35%、顺丁烯二酸二乙酯10~15%、甘氨酸1~5%、余量为丙二醇;抛光温度为-12~5℃,
S2-2、将抛光后的板材A与板材B进行磷酸酸洗3~5min,随后进行干燥,并在真空度为4×10-5Pa的条件下,利用电子束轰击二者的复合面20~35s,电子束的加速电压为10kV,电子束入射方向与板材表面的夹角为75°;
S3、扩散复合:
将烘干后的板材A与板材B的复合面分别附涂助剂粉末,并将二者复合面对应叠放在真空扩散炉中,在真空度为1.33×10-3Pa、温度为920~940℃、压力为2~5MPa的条件下保温扩散复合0.5~7h,得到预处理复合板;
所述助剂粉末为经过改性处理的氮化硼/氧化铱粉末;所述改性处理方法为:将氮化硼/氧化铱粉末放入真空室中,充入流量为1~3L/min的氮气,然后使用射频等离子体源进行等离子体处理,等离子体处理功率为1000~1500W,频率为13~15MHz,时间为8~12min;所述改性处理方法中,等离子体处理功率以1.2~1.5W/s的速度增加,当增加至800W时,加入占氮化硼/氧化铱粉末1.5wt%的聚乙烯醇,然后将等离子体处理功率以0.8~1W/s的速度增加至1000~1500W;
S4、反挤压锻造:
将模具预热至350~450℃;然后将预处理复合板放入模具,再放置冲头并用压机下压冲头对预处理复合板进行反挤压、锻造成型后取出,得到过渡接头。
2.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,所述板材A与板材B均为钛合金,且板材A为TC4,板材B为Ti-5553,步骤S1打磨过程中依次采用800、1500、2500、3000目砂纸进行打磨。
3.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,步骤S2中,所述超声清洗的频率为33~35kHz,时间为10min。
4.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,步骤S3中,所述助剂粉末为氮化硼/氧化铱粉末,附涂厚度为1~2mm。
5.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,所述氮化硼/氧化铱粉末与等离子体之间的距离为10~20mm。
6.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,步骤S3中,附涂助剂粉末采用粉末静电喷涂法,粉末静电喷涂法为,以150~300mm的喷涂距离,采用40~75kV的静电压,静电电流10~20μA,流速压力0.30~0.55MPa下,将助剂粉末均匀喷涂至板材A与板材B表面直至附涂厚度为1~2mm。
7.如权利要求1所述的一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法,其特征在于,在步骤S4中,反挤压的挤压压力为700~800MPa,挤压速度为5~8mm/s,且所述板材A位于靠近冲头的锻件内侧,所述板材B位于靠近模具内壁的锻件外侧。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310980400.2A CN116690127B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310980400.2A CN116690127B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116690127A CN116690127A (zh) | 2023-09-05 |
CN116690127B true CN116690127B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=87824312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310980400.2A Active CN116690127B (zh) | 2023-08-07 | 2023-08-07 | 一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116690127B (zh) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133841A (en) * | 1979-04-03 | 1980-10-18 | Kobe Steel Ltd | Warm backward extrusion forging method |
JPH0732166A (ja) * | 1991-03-27 | 1995-02-03 | Shizuo Mukai | 鋳鉄と鋼との拡散接合方法 |
JPH0994678A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Fuji Heavy Ind Ltd | チタン合金構造の一体成形方法 |
CN1651175A (zh) * | 2005-02-01 | 2005-08-10 | 哈尔滨理工大学 | 镁合金薄板真空扩散焊接方法 |
CN101244483A (zh) * | 2008-03-20 | 2008-08-20 | 重庆大学 | 钛合金与不锈钢表面自纳米化扩散焊接工艺 |
CN101518848A (zh) * | 2009-03-25 | 2009-09-02 | 山东大学 | 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法 |
CN101920393A (zh) * | 2010-09-25 | 2010-12-22 | 武汉理工大学 | 镁合金与铝合金的低温扩散焊接方法 |
CN102218592A (zh) * | 2011-05-12 | 2011-10-19 | 西北工业大学 | 一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法 |
CN103895313A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-07-02 | 西北工业大学 | 一种铁基非晶合金-铜多层复合板材的制备方法 |
CN114012234A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-02-08 | 郑州航空工业管理学院 | 一种钛合金与镁合金异种金属的真空扩散焊接方法 |
CN114346397A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-04-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种表面机械研磨处理降低钛合金扩散连接温度的方法 |
CN115555698A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-03 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 异种高强钛合金扩散焊接方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2997644B1 (fr) * | 2012-11-08 | 2015-05-15 | Technicatome | Procede de soudage par diffusion |
-
2023
- 2023-08-07 CN CN202310980400.2A patent/CN116690127B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133841A (en) * | 1979-04-03 | 1980-10-18 | Kobe Steel Ltd | Warm backward extrusion forging method |
JPH0732166A (ja) * | 1991-03-27 | 1995-02-03 | Shizuo Mukai | 鋳鉄と鋼との拡散接合方法 |
JPH0994678A (ja) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Fuji Heavy Ind Ltd | チタン合金構造の一体成形方法 |
CN1651175A (zh) * | 2005-02-01 | 2005-08-10 | 哈尔滨理工大学 | 镁合金薄板真空扩散焊接方法 |
CN101244483A (zh) * | 2008-03-20 | 2008-08-20 | 重庆大学 | 钛合金与不锈钢表面自纳米化扩散焊接工艺 |
CN101518848A (zh) * | 2009-03-25 | 2009-09-02 | 山东大学 | 一种制备镁与铝异种金属复合板的方法 |
CN101920393A (zh) * | 2010-09-25 | 2010-12-22 | 武汉理工大学 | 镁合金与铝合金的低温扩散焊接方法 |
CN102218592A (zh) * | 2011-05-12 | 2011-10-19 | 西北工业大学 | 一种钛或钛合金与不锈钢的扩散焊方法 |
CN103895313A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-07-02 | 西北工业大学 | 一种铁基非晶合金-铜多层复合板材的制备方法 |
CN114012234A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-02-08 | 郑州航空工业管理学院 | 一种钛合金与镁合金异种金属的真空扩散焊接方法 |
CN114346397A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-04-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种表面机械研磨处理降低钛合金扩散连接温度的方法 |
CN115555698A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-03 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 异种高强钛合金扩散焊接方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
TA3多层板及TA3+TC4真空扩散焊;熊江涛, 李京龙, 杨思乾, 张赋升, 马彩霞;航天制造技术(04);第44-45页 * |
旋转反挤压锻造;江绍成;;锻压装备与制造技术(01);第10-13页 * |
真空扩散焊;陈沛生;徐志坚;;真空电子技术(03);第33-39页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116690127A (zh) | 2023-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110665969B (zh) | 一种高性能钛/钢双金属复合板的制备方法 | |
CN109266997B (zh) | 一种适用于高温环境的金属工件双层涂层及其制作方法 | |
CN110450477B (zh) | 一种强化铝合金复合板材及其制备方法 | |
CN109465309A (zh) | 一种钛钢复合板的生产方法 | |
JP5493334B2 (ja) | 高炭素鋼部材の補修における高効率付着方法及び材料 | |
CN110548765A (zh) | 一种层间喷涂微纳颗粒辅助金属极薄带轧制复合工艺 | |
CN106424136A (zh) | 一种以if钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法 | |
CN111378967A (zh) | 一种在镍基高温合金表面制备热障涂层的方法 | |
CN111014293A (zh) | 一种电镀沉积辅助轧制金属复合板带的方法 | |
CN116690127B (zh) | 一种双金属复合材料过渡接头的焊接成型方法 | |
CN101912969B (zh) | 复合填充层的制备方法及其电子束焊接钛金属材料与不锈钢的方法 | |
CN111318778A (zh) | 一种实现钛合金和高温合金钎焊接头韧化的分步钎焊方法 | |
CN113774374A (zh) | 一种钢基钛涂层及其制备方法和应用 | |
CN113145645A (zh) | 一种具有夹层的金属基层状复合材料及其制备方法 | |
CN112024869A (zh) | 一种3d打印用smtgh5188球形粉末及其制备方法和应用 | |
CN116463628A (zh) | 一种树脂基复合材料表面电磁屏蔽涂层及制备方法 | |
CN116809680A (zh) | 一种钛铝复合薄板材的制备方法 | |
JP2017036464A (ja) | 導電部材、ガス絶縁開閉装置用導電部材およびガス絶縁開閉装置用導電部材の製造方法 | |
JP2010111905A (ja) | 高炭素鋼の補修技術 | |
CN109706400B (zh) | 一种哈氏合金与碳钢复合板及其制造方法 | |
CN110643919B (zh) | 在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法 | |
CN109175693B (zh) | 一种钼板的单激光焊接方法 | |
CN114369786A (zh) | 一种铝-钢复合材料及其制备方法 | |
CN106956078A (zh) | 一种提高钢铌激光焊接接头强度的方法 | |
JPH03128180A (ja) | アルミニウム積層鋼板の製造法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |