CN117697060A - 一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，具体公开一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法。所述连接方法，第一，设计并制备金属过渡段；第二，设计并制备熔覆材料；第三，选择熔覆热源及方法，实施熔覆，制备双金属层；第四，对双金属层进行冲压制孔，制备双金属层冲压结构件；第五，选择连接热源及方法，实施连接，制备真空封接用异种材料结构组件；第六，采用焊接方法制备整体容器；第七，启动真空炉，实施真空封接，制备真空容器。本发明提供的异种材料连接方法，连接工艺简单，效率高，成本低，应力和变形小，能够避免形成脆性组织，形成的组合连接接头内部质量好，结合强度高，耐冲击性、保温效能及密封性好，容器使用寿命长。

Description

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法。

背景技术

真空容器包括真空杯(瓶、壶)、真空气压壶、真空饭盒、真空焖烧锅、真空构件及其他具有真空层结构的产品，由于真空容器种类多样，使用方便，在生产和生活中获得了广泛的应用。其中，真空杯(瓶、壶)是用于存放冷热水、饮料等液体，具有保温功能的真空保温容器；真空气压壶是用于存放冷热水，具有气压出水功能的真空保温容器；真空饭盒用于存放饭、菜、汤等食物，可附有内盒的真空保温容器；真空焖烧锅用于焖煮食物，内锅可以取出加热的真空保温容器；真空构件指的是日用器皿中与食品接触的非独立使用的真空构造部分，由内胆和外壳等组成。

目前的真空容器以不锈钢材质为主，但是，不锈钢真空容器存在明显缺点，首先，不锈钢材质通常含有镍、铬、锰、镉、铅等重金属元素，在盛放果汁类、汤类等酸性、含盐等成分的液体时，会造成不锈钢材质内重金属析出，不仅使饮品失味、变质，并随着饮用进入人体，长期使用会给身体健康带来严重隐患；其次，具有酸碱性的液体易腐蚀不锈钢，缩短了保温容器的使用寿命；此外，不锈钢密度大，导致真空容器质量大，野外携带不方便，这些都极大的限制了不锈钢真空容器的适用性。

目前，主要由钛金属制造的真空容器则能很好的克服不锈钢容器的缺点，首先，钛元素化学性质稳定，常温下钛与氧气化合生成一层极薄致密的氧化膜，这层氧化膜抗蚀性远优于不锈钢，可盛放日常中碳酸饮料、茶水、果汁甚至是中药等液体，不易析出重金属；其次，钛元素亲和人体，钛金属具有“亲生物”性；再次，钛金属具有高强度、低密度的特性，重量比同体积不锈钢轻约43％，坚实耐用且便于携带；最后，钛金属耐腐蚀，使用寿命长。

然而，钛金属真空容器进行真空封接难度大，目前，采用的方法主要有两种，一种方法是采用直接封接法，在容器底部开个抽真空孔，抽真空后用焊料将其封接，目前，采用的焊料有两类，一类是金属焊料(金属钎料)，如Ag-Cu-Ti系合金，金属焊料熔化后形成液态金属润湿金属表面，实现钎焊，一类是氧化物焊料(氧化物钎料)，属于无机焊料，氧化物焊料熔化后形成的玻璃相通过润湿金属表面，实现钎焊连接，然而这两类焊料(钎料)用于钛金属封接时，由于焊料与钛金属的化学相容性差，物理性能差异较大，润湿性差，使得结合强度低，抗冲击性差，密封效果差，在钛合金上容易开裂，使得无法长期保持真空状态，保温效果差，使用寿命低；另一种方法是采用间接封接法，采用不锈钢作为过渡材料，先采用不锈钢与钛合金进行钎焊，然后，对不锈钢与焊料之间进行真空封接，这种间接连接方法一定程度上改善了封接性能，然而，首先，由于存在两次钎焊，使得第二次钎焊温度难以提升，无法实现高温抽真空，如果钎焊封接温度提高，将会影响不锈钢与钛合金的钎焊效果，在不锈钢和钛合金连接处产生应力和变形，降低结合强度和密封性，甚至导致开裂，因此，这种间接方法无法实现高温封接，由于封接温度越高，制备的真空容器真空度越高，所以也就难以满足高真空度要求；其次，由于采用两次钎焊，钎焊效率低，成本高，工艺复杂；最后，获得的组合钎焊接头耐冲击性差，密封性差，真空维持度时间短，保温效能差，使用寿命短。

综上所述，如何高效率大规模实现钛金属与焊料的异种材料连接以期降低成本，如何减小钛金属与焊料的物理性能差异大所导致的较大应力和变形，如何改善钛金属与焊料的化学相容性差、润湿性差等所导致的接头结合强度低、抗冲击性差、容器保温效能差、密封性差及使用寿命低等是目前亟需解决的产业关键问题。为了解决这些异种材料连接难题，需要采用新的连接方法、工艺及材料，形成钛金属与焊料异种材料连接新技术。

发明内容

针对用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接时存在连接工艺复杂，效率低，成本高，易产生脆性组织，存在较大的应力和变形，易开裂，易产生连接缺陷，结合强度低，耐冲击性差，保温效能差，密封性差，使用寿命低，难以实现高温钎焊封接等问题，本发明提出了一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法。

为达到上述发明目的，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，包括以下步骤：

(1)根据需要连接的钛金属A的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B，要求金属过渡段B与钛金属A的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B和焊料D的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R，要求熔覆材料R塑性好，熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，熔覆材料R与焊料D的润湿性好；

(3)选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，采用熔覆材料R对金属过渡段B的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C，形成熔覆层C和金属过渡段B构成的双金属层L；

(4)对熔覆层C的表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C一面对双金属层L进行冲压，双金属层L形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W；

(5)选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S与容器其他部分连接成整体，形成容器V；

(7)将焊料D放在容器V的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D和容器V实施真空封接，制备成真空容器。

本方法采用了间接连接方法实现了钛金属与焊料的连接，首先，设计并制备金属过渡段，采用各种熔覆方法，在金属过渡段上进行局部熔覆，制备双金属层；其次，采用冲压设备对双金属层进行冲压，制备具有抽真空孔的双金属层冲压结构件；再次，通过添加焊丝或不添加焊丝，采用各种焊接方法实现钛金属与双金属层冲压结构件的金属过渡段的熔化连接；最后，采用真空炉设备，实现焊料和熔覆层的钎焊连接。本方法将增材制造技术(表面改性技术)、异种金属连接技术及异种材料钎焊技术结合起来，形成新型异种材料连接技术，制备了钛金属-金属过渡层-熔覆层-焊料的连接结构，该组合连接方法工艺简单，成本低，连接效率高，组合连接接头质量好，综合性能高。

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法的基本原理如下：

第一，根据需要连接的钛金属A的成分、物理及化学性能特点，设计一种金属过渡段B，要求金属过渡段B与钛金属A的化学相容性好，若采用焊丝H连接钛金属A和金属过渡段B，则要求焊丝H与钛金属A和金属过渡段B的化学相容性均好。由于钛金属A和焊料D的线膨胀系数等热物理性能差异大，化学相容性差，润湿性差，若钛金属A和焊料D直接钎焊连接，则结合强度低，连接应力大，性能差，易开裂，因此，需要采用金属过渡段B进行间接连接。若不添加焊接材料，则由于金属过渡段B和钛金属A的化学相容性好，能避免钛金属A和金属过渡段B的连接接头形成金属间化合物等脆性组织，若采用焊丝H，则由于钛金属A、金属过渡段B和焊丝H三者两两化学相容性好，同样能避免钛金属A和金属过渡段B的连接接头形成脆性组织，使得焊缝性能变差甚至开裂。

第二，根据金属过渡段B和焊料D的成分、物理及化学性能特点，设计熔覆材料R，并要求熔覆材料R塑性好，熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，与焊料D的润湿性好。由于金属过渡段B与焊料D的物理性能差异大，化学相容性差，润湿性差，还不能对金属过渡段B和焊料D进行直接连接，需要在金属过渡段B的局部区域进行熔覆，制备熔覆层C后再与焊料D连接。首先，采用的熔覆材料R的塑性好，屈服强度低，制备的熔覆层C具有良好的塑性和延展性，使得熔覆层C在低应力下就能够产生变形，同时，熔覆层C的塑性变形温度与焊料的软化温度相近，从而在钎焊过程中能显著降低熔覆层C与焊料D钎焊时的应力，避免开裂；其次，采用的熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，使得熔覆层C与金属过渡段B基层实现良好的冶金结合，没有金属间化合物等脆性组织的生成，避免开裂；再次，熔覆材料R与焊料D的润湿性好，使得焊料D熔化后能在熔覆层C上铺展良好，熔覆层C与焊料D实现良好的钎焊结合；最后，采用的熔覆材料R的塑性好，制备的熔覆层C具有良好的塑性和延展性，金属过渡段B的塑性和强度也适中，从而制备的双金属层综合力学性能优良，冲压性能优良，满足了下一步的冲压工艺要求，进行冲压时，能够获得精确的冲压形状。

第三，选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，采用熔覆材料R对金属过渡段B的表面进行局部熔覆。采用熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源及对应的熔覆方法进行熔覆，由于金属过渡段B与熔覆材料R化学相容性好，也就是冶金相容性好，能够避免产生脆性组织，避免产生裂纹，通过采用合适的熔覆方法，添加匹配的熔覆材料R，从而实现高质量的熔覆。

第四，采用冲压设备制备双金属层冲压结构件。对熔覆层C表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C一面对双金属层进行冲压，由于熔覆层塑性好，作为基层的金属过渡段的强度和塑性好，使得制备的双金属层的塑性和强度合适，综合性能优良，满足冲压工艺要求，进行冲压后使得双金属层形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，也就是抽真空小孔，从而制备成双金属层冲压结构件。

第五，选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S。采用熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、电子束热源、激光热源和激光+电弧复合热源及对应的连接方法进行连接，实现熔焊连接，由于金属过渡段B与钛金属A化学相容性好，也就是焊接性好，若添加焊丝H，则焊丝H与钛金属A和金属过渡段B的化学相容性均好，使得通过采用合适的连接方法添加焊丝或不添加焊丝都能实现高质量的异种金属连接，能够避免产生脆性组织，避免焊缝开裂，连接接头综合性能好。

第六，采用焊接方法将所述异种材料结构组件S与容器其他部分连接成整体，形成容器V，用于下一步的真空封接。

第七，对焊料D和容器V的双金属层冲压结构件的熔覆层实施异种材料真空封接。将焊料D放在容器V的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对真空炉进行抽真空，当达到真空封接温度时进行保温，直到所述焊料D完全熔融并完全封堵所述冲压小孔，然后降温进行冷却，完成容器真空封接。一方面，由于焊料D与采用熔覆材料R所制备的熔覆层C的润湿性好，使得焊料D熔融后能够很好的铺展在熔覆层C上，提高结合强度；另一方面，尽管熔覆层C和焊料D的线膨胀系数存在一定差异，会产生一定残余应力，但是，由于熔覆层塑性和延展性好，屈服强度低，熔覆层C的塑性变形温度与焊料D的软化温度接近，使得在钎焊过程中，熔覆层C在低应力下就能够产生变形，从而显著降低甚至消除了残余应力，使得焊料D和熔覆层C的结合强度高，不会产生开裂。

相对于现有技术，由于本发明将增材制造技术(表面改性技术)、异种金属连接技术及异种材料钎焊技术有机结合起来，能够解决钛金属与焊料化学相容性差、物理性能差异大、润湿性差等所导致的连接问题，本发明提供的用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法的有益效果是连接成本低，连接工艺简单，连接效率高，连接柔性好，应力和变形小，能够避免热影响区晶粒粗大，能够避免熔覆界面和熔焊连接接头形成脆性组织，能够消除各种熔覆和连接缺陷，熔覆层和熔焊连接焊缝内部质量优良，熔覆界面和熔焊连接接头结合强度高，钎焊封接接头结合强度高和密封性能好，从而形成的钛金属与焊料的组合连接接头内部质量好，结合强度高，组合连接接头的耐冲击性、保温效能及密封性好，容器使用寿命长等。

附图说明

图1是用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接流程图；

图2是在金属过渡段B的表面局部熔覆后形成的双金属层L的主视图；

图3是在金属过渡段B的表面局部熔覆后形成的双金属层L的俯视图；

图4是对双金属层L进行冲压制孔形成的双金属层冲压结构件W的主视图；

图5是对双金属层L进行冲压制孔形成的双金属层冲压结构件W的俯视图；

图6是图5的A-A断面图；

图7是对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B进行对接连接形成的真空封接用异种材料结构组件S的主视图；

图8是对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B进行对接连接形成的真空封接用异种材料结构组件S的俯视图；

图9是图8的B-B断面图；

图10是对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B进行搭接连接形成的真空封接用异种材料结构组件S的主视图；

图11是对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B进行搭接连接形成的真空封接用异种材料结构组件S的俯视图；

图12是图11的C-C断面图；

图13对接连接的真空封接用异种材料结构组件S的正面立体图；

图14对接连接的真空封接用异种材料结构组件S的反面立体图；

图15搭接连接的真空封接用异种材料结构组件S的正面立体图；

图16搭接连接的真空封接用异种材料结构组件S的反面立体图。

附图标记说明：

1-金属过渡段B；2-熔覆层C；3-冲压小孔；4-钛金属A；5-对接焊缝；6-搭接焊缝。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据需要连接的钛金属A的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B，要求金属过渡段B与钛金属A的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B和焊料D的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R，要求熔覆材料R塑性好，熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，熔覆材料R与焊料D的润湿性好；

(3)选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，采用熔覆材料R对金属过渡段B的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C，形成熔覆层C和金属过渡段B构成的双金属层L；

(4)对熔覆层C的表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C一面对双金属层L进行冲压，双金属层L形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W；

(5)选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S与容器其他部分连接成整体，形成容器V；

(7)将焊料D放在容器V的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D和容器V实施真空封接，制备成真空容器。

具体地，步骤(1)中，根据需要连接的钛金属A的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B，要求金属过渡段B与钛金属A的化学相容性好，使得钛金属A和金属过渡段B之间具有优良的焊接性，避免产生脆性组织，导致焊缝性能变差甚至开裂。

步骤(2)中，根据金属过渡段B和焊料D的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R，要求熔覆材料R塑性好，熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，熔覆材料R与焊料D的润湿性好，由于金属过渡段B和焊料D的物理性能差异大，化学相容性差，润湿性差，不能实现直接钎焊连接，需要在金属过渡段B上进行熔覆，制备熔覆层C，进行间接连接，第一，采用的熔覆材料R的塑性好，屈服强度低，制备的熔覆层C具有良好塑性和延展性，使得熔覆层C在低应力下就能够产生变形，同时，熔覆层C的塑性变形温度与焊料D的软化温度相近，从而在钎焊过程中能显著降低熔覆层C与焊料D钎焊时的应力，避免开裂；第二，采用的熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，使得熔覆层C与金属过渡段B基层能实现良好的冶金结合，没有金属间化合物等脆性组织生成；第三，要求熔覆材料R与焊料D的润湿性好，使得焊料D能在熔覆层C上铺展良好，熔覆层C与焊料D能实现良好的钎焊结合；第四，采用的熔覆材料R的塑性好，制备的熔覆层C具有良好的塑性和延展性，金属过渡段B的塑性和强度也适中，从而制备的双金属层综合力学性能优良，冲压性能优良，双金属层能够满足下一步的冲压工艺要求，进行冲孔时，能够获得高质量的冲压件。

步骤(3)中，选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，采用熔覆材料R对金属过渡段B的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C，形成熔覆层C和金属过渡段B构成的双金属层L，金属过渡段B为基体层，由于金属过渡段B与熔覆材料R化学相容性好，也就是冶金相容性好，能够避免产生脆性组织，避免产生裂纹甚至开裂，因此，通过采用熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源及对应的熔覆方法进行熔覆，控制工艺参数，能够制备结合强度高、成形好、应力小和变形小、内部质量好的熔覆层，从而获得质量优良的双金属层L。

步骤(4)中，对熔覆层C表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C一面对双金属层L进行冲压，双金属层L形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W，由于双金属层L综合力学性能高，冲压性能好，冲压后制备的双金属层冲压结构件W的形状和精度能满足下一步熔覆层C和焊料D的封接要求，制备的冲压小孔又称为抽真空孔，用于容器抽真空。

步骤(5)中，选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S，由于金属过渡段B与钛金属A化学相容性好，也就是焊接性好，通过添加焊丝或不添加焊丝，采用热源及对应的连接方法来熔化钛金属A和金属过渡段B，实现钛金属A和金属过渡段B的对接或搭接连接，熔池凝固后形成的焊缝能够避免产生脆性组织，避免产生裂纹，使得焊缝成形优良，内部质量优良，从而获得高质量的连接接头。

步骤(6)中，采用焊接方法将异种材料结构组件S与容器其他部分连接成整体，形成容器V，以便为下一步的容器真空封接做准备。

步骤(7)中，将焊料D放在容器V的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D和容器V实施真空封接，制备成真空容器，第一，由于焊料D与采用熔覆材料R所制备的熔覆层C的润湿性好，两种材料的钎焊焊接性好，使得焊料D熔融后能够很好的铺展在熔覆层上，结合强度高；第二，由于熔覆层C塑性和延展性好，熔覆层C的塑性变形温度与焊料D的软化温度接近，使得在钎焊过程中，熔覆层在低应力下就能够产生变形，使得由于熔覆层C和焊料D的线膨胀系数的差异所产生的应力得到很大程度的释放，显著降低甚至消除了残余应力，使得焊料D和熔覆层C的结合强度高，不会产生开裂。

优选地，所述钛金属包括纯钛和钛合金，适用的钛金属广泛，便于根据实际需求，选用合适的钛金属。

优选地，所述焊料D包括金属焊料(金属钎料)和无机焊料(无机钎料)，金属焊料熔化后流动性好，能够润湿金属表面，实现钎焊连接，无机焊料包括氧化物、氟化物等，无机焊料熔化后形成玻璃相润湿金属表面，实现钎焊连接，适应的焊料广泛，能够实现低温到高温的钎焊连接。

优选地，所述熔覆材料R的类型包括焊丝和粉末，便于根据熔覆热源及对应的熔覆方法特点，及金属过渡段B的成分、物化性能及厚度，更加方便选择熔覆材料。

优选地，所述金属过渡段B的塑性好，使得制备的双金属层冲压性能好，以便满足冲压工艺要求。

优选地，所述钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B的连接形式为对接或搭接，能够适应不同的连接热源和对应的连接方法，能够适用不同的材料厚度，实现方便、快捷的连接。

优选地，所述熔覆热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源，用于熔化熔覆材料和金属过渡段B基体层，形成熔覆层C。

优选地，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下熔覆，确保熔覆层内部质量，使得熔覆层成形优良，同时，保护气体作为产生电弧和等离子弧的介质，维持电弧和等离子弧稳定燃烧，使得采用熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源和激光+电弧复合热源时，熔覆过程稳定。

优选地，所述熔化极电弧热源对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的熔覆方法为填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的熔覆方法为等离子喷焊和等离子填丝焊，所述激光热源对应的的熔覆方法为激光填丝焊和送粉激光熔覆，所述激光+电弧复合热源对应的的熔覆方法为激光熔化极电弧复合焊，便于在不同厚度和不同成分的金属过渡段上进行熔覆，提高熔覆效率和成形质量。

优选地，所述连接热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、电子束热源、激光热源和激光+电弧复合热源，用于熔化钛金属、金属过渡段和焊接材料，进行连接。

优选地，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下连接，确保焊缝内部质量，使得焊缝成形优良，同时，保护气体作为产生电弧和等离子弧的介质，维持电弧和等离子弧稳定燃烧，使得采用熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源和激光+电弧复合热源时，连接过程稳定。

优选地，所述电子束热源在真空条件下焊接，确保电子束焊接过程稳定，避免金属氧化，使得焊缝内部质量和焊缝成形优良。

优选地，所述熔化极电弧热源对应的连接方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的连接方法为非熔化极电弧焊和填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的连接方法为等离子弧焊和等离子填丝焊，所述电子束热源对应的连接方法为真空电子束焊，所述激光热源对应的的连接方法为纯激光焊和激光填丝焊，所述激光+电弧复合热源对应的的连接方法为激光熔化极电弧复合焊，便于进行不同厚度和不同成分的钛金属和金属过渡段的连接，提高连接效率和成形质量。

优选地，所述熔化极电弧焊、填丝非熔化极电弧焊、等离子填丝焊、激光填丝焊及激光熔化极电弧复合焊所采用的焊接材料为焊丝H，要求焊丝H与钛金属A和金属过渡段B的化学相容性均好，采用焊丝能够抑制缺陷，改善焊缝成形，使得焊缝不产生脆性组织，能够避免焊缝开裂，提高焊接质量。

优选地，所述熔化极气体保护电弧焊焊接模式为CMT模式、脉冲模式、直流模式或交流模式，便于根据钛金属A和金属过渡段B的成分、物化性能和板厚，以及焊丝的成分、物化性能和焊丝直径等，选择合适的焊接模式，从而精确控制热输入和温度，减小应力和变形，避免热影响区晶粒粗大，避免热输入过大造成焊穿，避免热输入过小造成未焊透等问题，消除连接和熔覆缺陷，确保焊缝和熔覆层成形优良，确保焊缝和熔覆层内部质量和性能优良。

优选地，所述非熔化极气体保护电弧焊焊接模式为脉冲模式、直流模式或交流模式，便于根据钛金属A和金属过渡段B的成分、物理及化学性能和板厚，以及焊丝的成分、物理及化学性能和焊丝直径等，选择合适的焊接模式，从而精确控制热输入和温度，减小应力和变形，避免热影响区晶粒粗大，避免热输入过大造成焊穿，避免热输入过小造成未焊透等问题，消除连接和熔覆缺陷，确保焊缝和熔覆层成形优良，确保焊缝和熔覆层内部质量和性能优良。

优选地，所述真空封接在真空条件下进行，便于在合适的真空度下进行钎焊连接，避免金属氧化，提高钎焊质量和结合强度。

本发明提供的用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法具有连接工艺简单，焊接柔性好，连接效率高，连接成本低，连接质量高，应力和变形小，能够避免热影响区晶粒粗大，能够避免形成脆性组织，能够消除各种熔覆、熔化连接和钎焊连接缺陷，形成的钛金属与焊料的组合连接接头内部质量好，结合强度高，组合连接接头的耐冲击性、保温效能及密封性好，容器使用寿命长等优点。

为了更好的说明本发明提供的用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。

实施例1

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA1纯钛和焊料D1，焊料D1为无机焊料，其成分如表1所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA1纯钛和焊料D1的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA1纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B1，其成分如表2所示，金属过渡段B1与TA1纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B1和焊料D1的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R1，熔覆材料R1的类型为焊丝，其成分如表3所示，熔覆材料R1塑性好，熔覆材料R1与金属过渡段B1的化学相容性好，熔覆材料R1与焊料D1的润湿性好；

(3)选择熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为CMT模式，采用惰性气体保护，启动熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R1对金属过渡段B1的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C1，形成熔覆层C1和金属过渡段B1构成的双金属层L1；

(4)对熔覆层C1表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C1一面对双金属层L1进行冲压，双金属层L1形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W1；

(5)选择熔化极电弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为CMT模式，采用惰性气体保护，采用的焊丝H1成分如表2所示，焊丝H1与TA1纯钛和金属过渡段B1的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动熔化极电弧热源设备，对TA1纯钛和双金属层冲压结构件W1中的金属过渡段B1实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S1；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S1与容器其他部分连接成整体，形成容器V1；

(7)将焊料D1放在容器V1的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V1放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D1和容器V1实施真空封接，制备成真空容器。

表1焊料D1的成分及含量

表2金属过渡段B1及焊丝H1的成分及含量

表3熔覆材料R1的成分及含量

实施例2

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA2纯钛和焊料D2，焊料D2为无机焊料，其成分如表4所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA2纯钛和焊料D2的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA2纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B2，其成分如表5所示，金属过渡段B2与TA2纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B2和焊料D2的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R2，熔覆材料R2的类型为焊丝，其成分如表6所示，熔覆材料R2塑性好，熔覆材料R2与金属过渡段B2的化学相容性好，熔覆材料R2与焊料D2的润湿性好；

(3)选择熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为交流模式，采用惰性气体保护，启动熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R2对金属过渡段B2的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C2，形成熔覆层C2和金属过渡段B2构成的双金属层L2；

(4)对熔覆层C2表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C2一面对双金属层L2进行冲压，双金属层L2形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W2；

(5)选择熔化极电弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为脉冲模式，采用惰性气体保护，采用的焊丝H2成分如表5所示，焊丝H2与TA2纯钛和金属过渡段B2的化学相容性均好，采用的连接形式为对接，启动熔化极电弧热源设备，对TA2纯钛和双金属层冲压结构件W2中的金属过渡段B2实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S2；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S2与容器其他部分连接成整体，形成容器V2；

(7)将焊料D2放在容器V2的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V2放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D2和容器V2实施真空封接，制备成真空容器。

表4焊料D2的成分及含量

表5金属过渡段B2及焊丝H2的成分及含量

表6熔覆材料R2的成分及含量

实施例3

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA3纯钛和焊料D3，焊料D3为无机焊料，其成分如表7所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA3纯钛和焊料D3的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA3纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B3，其成分如表8所示，金属过渡段B3与TA3纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B3和焊料D3的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R3，熔覆材料R3的类型为焊丝，其成分如表9所示，熔覆材料R3塑性好，熔覆材料R3与金属过渡段B3的化学相容性好，熔覆材料R3与焊料D3的润湿性好；

(3)选择非熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为填丝非熔化极电弧焊，设定非熔化极电弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动非熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R3对金属过渡段B3的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C3，形成熔覆层C3和金属过渡段B3构成的双金属层L3；

(4)对熔覆层C3表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C3一面对双金属层L3进行冲压，双金属层L3形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W3；

(5)选择激光热源作为连接热源，确定对应的连接方法为纯激光焊，设定激光热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的连接形式为对接，启动激光热源设备，对TA3纯钛和双金属层冲压结构件W3中的金属过渡段B3实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S3；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S3与容器其他部分连接成整体，形成容器V3；

(7)将焊料D3放在容器V3的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V3放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D3和容器V3实施真空封接，制备成真空容器。

表7焊料D3的成分及含量

表8金属过渡段B3的成分及含量

表9熔覆材料R3的成分及含量

实施例4

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA1G纯钛和焊料D4，焊料D4为无机焊料，其成分如表10所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA1G纯钛和焊料D4的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA1G纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B4，其成分如表11所示，金属过渡段B4与TA1G纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B4和焊料D4的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R4，熔覆材料R4的类型为粉末，其成分如表12所示，熔覆材料R4塑性好，熔覆材料R4与金属过渡段B4的化学相容性好，熔覆材料R4与焊料D4的润湿性好；

(3)选择等离子弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为等离子喷焊，设定等离子弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动等离子弧热源设备，采用熔覆材料R4对金属过渡段B4的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C4，形成熔覆层C4和金属过渡段B4构成的双金属层L4；

(4)对熔覆层C4表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C4一面对双金属层L4进行冲压，双金属层L4形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W4；

(5)选择非熔化极电弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为填丝非熔化极电弧焊，设定非熔化极电弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的焊丝H4成分如表11所示，焊丝H4与TA1G纯钛和金属过渡段B4的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动非熔化极电弧热源设备，对TA1G纯钛和双金属层冲压结构件W4中的金属过渡段B4实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S4；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S4与容器其他部分连接成整体，形成容器V4；

(7)将焊料D4放在容器V4的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V4放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D4和容器V4实施真空封接，制备成真空容器。

表10焊料D4的成分及含量

表11金属过渡段B4及焊丝H4的成分及含量

表12熔覆材料R4的成分及含量

实施例5

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA2G纯钛和焊料D5，焊料D5为无机焊料，其成分如表13所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA2G纯钛和焊料D5的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA2G纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B5，其成分如表14所示，金属过渡段B5与TA2G纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B5和焊料D5的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R5，熔覆材料R5的类型为焊丝，其成分如表15所示，熔覆材料R5塑性好，熔覆材料R5与金属过渡段B5的化学相容性好，熔覆材料R5与焊料D5的润湿性好；

(3)选择等离子弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为等离子填丝焊，设定等离子弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动等离子弧热源设备，采用熔覆材料R5对金属过渡段B5的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C5，形成熔覆层C5和金属过渡段B5构成的双金属层L5；

(4)对熔覆层C5表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C5一面对双金属层L5进行冲压，双金属层L5形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W5；

(5)选择激光热源作为连接热源，确定对应的连接方法为激光填丝焊，设定激光热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的焊丝H5成分如表14所示，焊丝H5与TA2G纯钛和金属过渡段B5的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动激光热源设备，对TA2G纯钛和双金属层冲压结构件W5中的金属过渡段B5实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S5；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S5与容器其他部分连接成整体，形成容器V5；

(7)将焊料D5放在容器V5的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V5放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D5和容器V5实施真空封接，制备成真空容器。

表13焊料D5的成分及含量

表14金属过渡段B5及焊丝H5的成分及含量

表15熔覆材料R5的成分及含量

实施例6

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA3G纯钛和焊料D6，焊料D6为无机焊料，其成分如表16所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA3G纯钛和焊料D6的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA3G纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B6，其成分如表17所示，金属过渡段B6与TA3G纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B6和焊料D6的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R6，熔覆材料R6的类型为焊丝，其成分如表18所示，熔覆材料R6塑性好，熔覆材料R6与金属过渡段B6的化学相容性好，熔覆材料R6与焊料D6的润湿性好；

(3)选择熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为直流模式，采用惰性气体保护，启动熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R6对金属过渡段B6的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C6，形成熔覆层C6和金属过渡段B6构成的双金属层L6；

(4)对熔覆层C6表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C6一面对双金属层L6进行冲压，双金属层L6形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W6；

(5)选择电子束热源作为连接热源，确定对应的连接方法为电子束焊，设定电子束热源工艺参数，在真空条件下连接，采用的连接形式为对接，启动电子束热源设备，对TA3G纯钛和双金属层冲压结构件W6中的金属过渡段B6实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S6；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S6与容器其他部分连接成整体，形成容器V6；

(7)将焊料D6放在容器V6的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V6放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D6和容器V6实施真空封接，制备成真空容器。

表16焊料D6的成分及含量

表17金属过渡段B6的成分及含量

表18熔覆材料R6的成分及含量

实施例7

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA4G纯钛和焊料D7，焊料D7为无机焊料，其成分如表19所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA4G纯钛和焊料D7的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA4G纯钛的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B7，其成分如表20所示，金属过渡段B7与TA4G纯钛的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B7和焊料D7的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R7，熔覆材料R7的类型为焊丝，其成分如表21所示，熔覆材料R7塑性好，熔覆材料R7与金属过渡段B7的化学相容性好，熔覆材料R7与焊料D7的润湿性好；

(3)选择熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为脉冲模式，采用惰性气体保护，启动熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R7对金属过渡段B7的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C7，形成熔覆层C7和金属过渡段B7构成的双金属层L7；

(4)对熔覆层C7表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C7一面对双金属层L7进行冲压，双金属层L7形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W7；

(5)选择等离子弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为等离子弧焊，设定等离子弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的连接形式为对接，启动等离子弧热源设备，对TA4G纯钛和双金属层冲压结构件W7中的金属过渡段B7实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S7；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S7与容器其他部分连接成整体，形成容器V7；

(7)将焊料D7放在容器V7的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V7放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D7和容器V7实施真空封接，制备成真空容器。

表19焊料D7的成分及含量

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表20金属过渡段B7的成分及含量

表21熔覆材料R7的成分及含量

实施例8

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA10钛合金和焊料D8，焊料D8为无机焊料，其成分如表22所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA10钛合金和焊料D8的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA10钛合金的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B8，其成分如表23所示，金属过渡段B8与TA10钛合金的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B8和焊料D8的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R8，熔覆材料R8的类型为焊丝，其成分如表24所示，熔覆材料R8塑性好，熔覆材料R8与金属过渡段B8的化学相容性好，熔覆材料R8与焊料D8的润湿性好；

(3)选择熔化极电弧热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为CMT模式，采用惰性气体保护，启动熔化极电弧热源设备，采用熔覆材料R8对金属过渡段B8的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C8，形成熔覆层C8和金属过渡段B8构成的双金属层L8；

(4)对熔覆层C8表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C8一面对双金属层L8进行冲压，双金属层L8形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W8；

(5)选择非熔化极热源作为连接热源，确定对应的连接方法为非熔化极电弧焊，设定非熔化极电弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的连接形式为对接，启动非熔化极电弧热源设备，对TA10钛合金和双金属层冲压结构件W8中的金属过渡段B8实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S8；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S8与容器其他部分连接成整体，形成容器V8；

(7)将焊料D8放在容器V8的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V8放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D8和容器V8实施真空封接，制备成真空容器。

表22焊料D8的成分及含量

表23金属过渡段B8的成分及含量

表24熔覆材料R8的成分及含量

实施例9

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA15钛合金和焊料D9，焊料D9为无机焊料，其成分如表25所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA15钛合金和焊料D9的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA15钛合金的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B9，其成分如表26所示，金属过渡段B9与TA15钛合金的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B9和焊料D9的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R9，熔覆材料R9的类型为粉末，其成分如表27所示，熔覆材料R9塑性好，熔覆材料R9与金属过渡段B9的化学相容性好，熔覆材料R9与焊料D9的润湿性好；

(3)选择激光热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为送粉激光熔覆，设定激光热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动激光热源设备，采用熔覆材料R9对金属过渡段B9的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C9，形成熔覆层C9和金属过渡段B9构成的双金属层L9；

(4)对熔覆层C9表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C9一面对双金属层L9进行冲压，双金属层L9形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W9；

(5)选择熔化极电弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为直流模式，采用惰性气体保护，采用的焊丝H9成分如表26所示，焊丝H9与TA15钛合金和金属过渡段B9的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动熔化极电弧热源设备，对TA15钛合金和双金属层冲压结构件W9中的金属过渡段B9实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S9；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S9与容器其他部分连接成整体，形成容器V9；

(7)将焊料D9放在容器V9的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V9放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D9和容器V9实施真空封接，制备成真空容器。

表25焊料D9的成分及含量

表26金属过渡段B9及焊丝H9的成分及含量

表27熔覆材料R9的成分及含量

实施例10

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TA18钛合金和焊料D10，焊料D10为无机焊料，其成分如表28所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TA18钛合金和焊料D10的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TA18钛合金的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B10，其成分如表29所示，金属过渡段B10与TA18钛合金的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B10和焊料D10的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R10，熔覆材料R10的类型为焊丝，其成分如表30所示，熔覆材料R10塑性好，熔覆材料R10与金属过渡段B10的化学相容性好，熔覆材料R10与焊料D10的润湿性好；

(3)选择激光+电弧复合热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为激光熔化极电弧复合焊，设定激光+电弧复合热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动激光+电弧复合热源设备，采用熔覆材料R10对金属过渡段B10的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C10，形成熔覆层C10和金属过渡段B10构成的双金属层L10；

(4)对熔覆层C10表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C10一面对双金属层L10进行冲压，双金属层L10形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W10；

(5)选择等离子弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为等离子填丝焊，设定等离子弧热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的焊丝H10成分如表29所示，焊丝H10与TA18钛合金和金属过渡段B10的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动等离子弧热源设备，对TA18钛合金和双金属层冲压结构件W10中的金属过渡段B10实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S10；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S10与容器其他部分连接成整体，形成容器V10；

(7)将焊料D10放在容器V10的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V10放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D10和容器V10实施真空封接，制备成真空容器。

表28焊料D10的成分及含量

表29金属过渡段B10及焊丝H10的成分及含量

表30熔覆材料R10的成分及含量

实施例11

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TC4钛合金和焊料D11，焊料D11为金属焊料，其成分如表31所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TC4钛合金和焊料D11的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TC4钛合金的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B11，其成分如表32所示，金属过渡段B11与TC4钛合金的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B11和焊料D11的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R11，熔覆材料R11的类型为焊丝，其成分如表33所示，熔覆材料R11塑性好，熔覆材料R11与金属过渡段B11的化学相容性好，熔覆材料R11与焊料D11的润湿性好；

(3)选择激光热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为激光填丝焊，设定激光热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动激光热源设备，采用熔覆材料R11对金属过渡段B11的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C11，形成熔覆层C11和金属过渡段B11构成的双金属层L11；

(4)对熔覆层C11表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C11一面对双金属层L11进行冲压，双金属层L11形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W11；

(5)选择熔化极电弧热源作为连接热源，确定对应的连接方法为熔化极电弧焊，设定熔化极电弧热源工艺参数，采用的焊接模式为交流模式，采用惰性气体保护，采用的焊丝H11成分如表32所示，焊丝H11与TC4钛合金和金属过渡段B11的化学相容性均好，采用的连接形式为对接，启动熔化极电弧热源设备，对TC4钛合金和双金属层冲压结构件W11中的金属过渡段B11实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S11；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S11与容器其他部分连接成整体，形成容器V11；

(7)将焊料D11放在容器V11的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V11放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D11和容器V11实施真空封接，制备成真空容器。

表31焊料D11的成分及含量

表32金属过渡段B11及焊丝H11的成分及含量

表33熔覆材料R11的成分及含量

实施例12

一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，连接材料为TB2钛合金和焊料D12，焊料D12为金属焊料，其成分如表34所示，两种材料化学相容性差，热物理性能差异较大，润湿性差，为实施TB2钛合金和焊料D12的异种材料连接，具体包括以下步骤：

(1)根据需要连接的TB2钛合金的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B12，其成分如表35所示，金属过渡段B12与TB2钛合金的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B12和焊料D12的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R12，熔覆材料R12的类型为粉末，其成分如表36所示，熔覆材料R12塑性好，熔覆材料R12与金属过渡段B12的化学相容性好，熔覆材料R12与焊料D12的润湿性好；

(3)选择激光热源作为熔覆热源，确定对应的熔覆方法为送粉激光熔覆，设定激光热源工艺参数，采用惰性气体保护，启动激光热源设备，采用熔覆材料R12对金属过渡段B12的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C12，形成熔覆层C12和金属过渡段B12构成的双金属层L12；

(4)对熔覆层C12表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C12一面对双金属层L12进行冲压，双金属层L12形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W12；

(5)选择激光+电弧复合热源作为连接热源，确定对应的连接方法为激光熔化极电弧复合焊，设定激光+电弧复合热源工艺参数，采用惰性气体保护，采用的焊丝H12成分如表35所示，焊丝H12与TB2钛合金和金属过渡段B12的化学相容性均好，采用的连接形式为搭接，启动激光+电弧复合热源设备，对TB2钛合金和双金属层冲压结构件W12中的金属过渡段B12实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S12；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S12与容器其他部分连接成整体，形成容器V12；

(7)将焊料D12放在容器V12的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V12放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D12和容器V12实施真空封接，制备成真空容器。

表34焊料D12的成分及含量

表35金属过渡段B12及焊丝H12的成分及含量

表36熔覆材料R12的成分及含量

以上各实施例将增材制造技术(表面改性技术)、异种金属连接技术、异种材料钎焊技术有机结合起来，根据钛金属和焊料的成分、物理及化学性能特点，设计和采用了合适的金属过渡段，进而设计和采用了合适的熔覆材料，以及采用了合适的熔覆热源及对应的熔覆方法在金属过渡段表面进行高质量熔覆，通过采用合适的连接热源及对应的连接方法，以及采用了合适的焊丝或不添加焊丝进行了钛金属与金属过渡段的高质量连接，最后进行了熔覆层和焊料的高质量钎焊封接，从而实现了钛金属和焊料的高质量间接连接，解决了用于真空容器封接的钛金属和焊料间由于物理性能差异大、化学相容性差、润湿性差等导致的应力和变形大、易形成脆性组织、连接接头内部质量差、结合强度低、耐冲击性差、保温效能及密封性差、以及容器使用寿命短等问题，该异种材料连接方法连接成本低，连接工艺简单，连接效率高，焊接柔性好，应力和变形小，避免了热影响区晶粒粗大，避免了熔覆界面和熔焊连接接头形成脆性组织，消除了各种连接缺陷，熔覆层和熔焊连接焊缝内部质量优良，熔覆界面和熔焊连接接头结合强度高，钎焊封接接头结合强度高和密封性能好，形成的钛金属与焊料的组合连接接头内部质量好，结合强度高，组合连接接头的耐冲击性、保温效能及密封性好，容器使用寿命长等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据需要连接的钛金属A的成分、物理及化学性能特点，设计并制备一种金属过渡段B，要求金属过渡段B与钛金属A的化学相容性好；

(2)根据金属过渡段B和焊料D的成分、物理及化学性能特点，设计并制备熔覆材料R，要求熔覆材料R塑性好，熔覆材料R与金属过渡段B的化学相容性好，熔覆材料R与焊料D的润湿性好；

(3)选择合适的熔覆热源并确定对应的熔覆方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，采用熔覆材料R对金属过渡段B的表面进行局部熔覆，制备熔覆层C，形成熔覆层C和金属过渡段B构成的双金属层L；

(4)对熔覆层C的表面进行打磨，采用冲压设备从熔覆层C一面对双金属层L进行冲压，双金属层L形成凹陷，并在中心形成一个冲压小孔，制备成双金属层冲压结构件W；

(5)选择合适的连接热源并确定对应的连接方法，设定热源工艺参数，启动热源设备，对钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B实施连接，制备成真空封接用异种材料结构组件S；

(6)采用焊接方法将真空封接用异种材料结构组件S与容器其他部分连接成整体，形成容器V；

(7)将焊料D放在容器V的双金属层冲压后形成的小孔处，然后将容器V放入真空炉中，设定工艺参数，启动真空炉，对焊料D和容器V实施真空封接，制备成真空容器。

2.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属包括纯钛和钛合金，所述焊料包括金属焊料和无机焊料，所述熔覆材料的类型包括焊丝和粉末。

3.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述钛金属A和双金属层冲压结构件W中的金属过渡段B的连接形式为对接或搭接。

4.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔覆热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源。

5.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下熔覆。

6.如权利要求4所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源对应的熔覆方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的熔覆方法为填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的熔覆方法为等离子喷焊和等离子填丝焊，所述激光热源对应的的熔覆方法为激光填丝焊和送粉激光熔覆，所述激光+电弧复合热源对应的的熔覆方法为激光熔化极电弧复合焊。

7.如权利要求1所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述连接热源的类型包括熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、电子束热源、激光热源和激光+电弧复合热源。

8.如权利要求7所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源、非熔化极电弧热源、等离子弧热源、激光热源和激光+电弧复合热源在惰性气体保护下连接，所述电子束热源在真空条件下连接。

9.如权利要求7所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧热源对应的连接方法为熔化极电弧焊，所述非熔化极电弧热源对应的连接方法为非熔化极电弧焊和填丝非熔化极电弧焊，所述等离子弧热源对应的连接方法为等离子弧焊和等离子填丝焊，所述电子束热源对应的连接方法为真空电子束焊，所述激光热源对应的的连接方法为纯激光焊和激光填丝焊，所述激光+电弧复合热源对应的的连接方法为激光熔化极电弧复合焊。

10.如权利要求9所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧焊、填丝非熔化极电弧焊、等离子填丝焊、激光填丝焊及激光熔化极电弧复合焊所采用的焊接材料为焊丝H，要求焊丝H与钛金属A和金属过渡段B的化学相容性均好。

11.如权利要求6或9所述的一种用于真空容器封接的钛金属与焊料的异种材料连接方法，其特征在于，所述熔化极电弧焊焊接模式为CMT模式、脉冲模式、直流模式或交流模式。