DE102020102124A1 - METHOD OF JOINING DIFFERENT MATERIALS - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Verbinden von ungleichen Materialien, einer TiNi-Formgedächtnislegierung und einem martensitischen rostfreien Stahl, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst: a) Hinzufügen einer Kupfer-Zwischenschicht an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Formgedächtnislegierung und dem martensitischen Edelstahl, um über das Kupfer-Zwischenschicht-Füllmaterial eine feste Kupferlösung in einer Schweißzone auszuscheiden; b) Platzieren des Zentrums einer Schweißwärmequelle nahe der Grenzfläche zwischen der TiNi-Formgedächtnislegierung und dem martensitischen Edelstahl, näher an der Seite des martensitischen Edelstahls; und c) Erwärmen zum Schmelzen der Grenzflächenzone durch die Schweißwärmequelle zum Schweißen, Abkühlen und Verfestigen, um eine Schweißverbindung ungleicher Materialien aus TiNi-Legierung und martensitischem, rostfreiem Stahl zu bilden, wobei während des Schweißens ein Schutzgas in die Schweißzone eingeleitet wird.The present invention relates to a method for joining dissimilar materials, a TiNi shape memory alloy and a martensitic stainless steel, comprising the following method steps: a) Adding an intermediate copper layer at the interface between the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel to precipitate a solid copper solution in a weld zone via the copper interlayer filler material; b) placing the center of a welding heat source near the interface between the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel, closer to the side of the martensitic stainless steel; and c) heating to melt the interface zone by the welding heat source for welding, cooling and solidifying to form a welded joint of dissimilar materials of TiNi alloy and martensitic stainless steel, a shielding gas being introduced into the welding zone during welding.

Description

TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL PART

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Materialwissenschaft und des Ingenieurwesens, insbesondere das Gebiet des Materialschweißens.The present invention relates to the field of materials science and engineering, particularly the field of material welding.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Als neuartige Funktionsmaterialien wurden Formgedächtnislegierungen in vielen Bereichen wie der industriellen Produktion, dem täglichen Leben und der medizinischen Biologie usw. eingesetzt. Aufgrund der schlechten Zerspanbarkeit der Formgedächtnislegierungen und der zunehmenden Komplexität der Teile in der Praxis ist es wirtschaftlich und effektiv, Komponenten aus Formgedächtnislegierungen mit Hilfe von Schweißverfahren herzustellen.As novel functional materials, shape memory alloys have been used in many fields such as industrial production, daily life and medical biology, etc. Due to the poor machinability of shape memory alloys and the increasing complexity of the parts in practice, it is economical and effective to manufacture components from shape memory alloys using welding processes.

Die Formgedächtnislegierung ist eine martensitische Phasenumwandlungslegierung, die eine regelmäßige atomare Anordnung aufweist und eine Volumenänderung von weniger als 0,5 % aufweist. Eine solche Legierung verformt sich unter der Einwirkung von äußerer Kraft, und kann, wenn die äußere Kraft entfernt wird, unter bestimmten Temperaturbedingungen ihre ursprüngliche Form wieder annehmen. Da es eine Funktion hat, sich mehr als eine Million Mal zu erholen, wird es „Gedächtnislegierung“ genannt. Natürlich kann es nicht mit dem Denkgedächtnis des menschlichen Gehirns konkurrieren, genauer gesagt, es sollte „Formgedächtnislegierung“ genannt werden. Darüber hinaus hat die Gedächtnislegierung die Vorteile, dass sie keinen Magnetismus, keine Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und keine Toxizität aufweist, so dass sie weit verbreitet ist.The shape memory alloy is a martensitic phase change alloy which has a regular atomic arrangement and a volume change of less than 0.5%. Such an alloy deforms under the action of an external force and, if the external force is removed, it can assume its original shape again under certain temperature conditions. Since it has a function of recovering more than a million times, it is called "memory alloy". Of course, it cannot compete with the thinking memory of the human brain, more precisely, it should be called "shape memory alloy". In addition, the memory alloy has the advantages that it has no magnetism, no wear and corrosion resistance, and no toxicity, so that it is widely used.

Das Fügen von Formgedächtnislegierungen mit anderen ungleichen Materialien ist ein bekanntes Problem. Dies ist zu einem wichtigen technischen Engpass geworden, der die Verbesserung der Gebrauchsleistung von Produkten aus Formgedächtnislegierungen und die ausreichende Ausnutzung des Formgedächtnis-Effekt-Potenzials behindert. Daher ist es notwendig, eine Technologie zur Verbindung ungleicher Materialien für eine TiNi-Formgedächtnislegierung und einen martensitischen Edelstahl zu entwickeln, die einen wichtigen praktischen Wert und eine breite Anwendungsperspektive hat.Joining shape memory alloys with other dissimilar materials is a known problem. This has become an important technical bottleneck that hinders the improvement in the performance of shape memory alloy products and the adequate utilization of the shape memory effect potential. Therefore, it is necessary to develop a dissimilar material joining technology for a TiNi shape memory alloy and a martensitic stainless steel, which has important practical value and wide application perspective.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbindung ungleicher Materialien für eine TiNi-Formgedächtnislegierung und einen martensitischen Edelstahl bereitzustellen. Das Verfahren basiert auf den Eigenschaften der unbeschränkten gegenseitigen Löslichkeit von Kupfer mit Nickel, der begrenzten Löslichkeit von Kupfer mit Titan, Eisen und Chrom im festen Zustand, der hohen Festigkeit und Plastizität des Kupfer-Mischkristalls und der geringen Sprödigkeit der intermetallischen Kupfer-Titan-Verbindungen. Durch die Verwendung von Kupferfüllmaterial und die Reduzierung des Schmelzverhältnisses von TiNi-Legierungsgrundmaterial kann das erfinderische Verfahren Kupfer-Mischkristalle in der Schweißzone ausscheiden und spröde intermetallische Verbindungen reduzieren, so dass die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung ungleicher Materialien aus der TiNi-Formgedächtnislegierung und dem martensitischem Edelstahl verbessert wird.The object of the present invention is to provide a method for joining dissimilar materials for a TiNi shape memory alloy and a martensitic stainless steel. The process is based on the properties of unlimited mutual solubility of copper with nickel, the limited solubility of copper with titanium, iron and chromium in the solid state, the high strength and plasticity of the copper mixed crystal and the low brittleness of the intermetallic copper-titanium compounds . By using copper filler material and reducing the melting ratio of TiNi alloy base material, the inventive method can precipitate copper mixed crystals in the welding zone and reduce brittle intermetallic compounds, so that the strength and toughness of the welded joint of dissimilar materials from the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel is improved.

Der obige Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird durch folgende technische Lösung erreicht:

  • Ein Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien für eine TiNi-Formgedächtnislegierung und einen martensitischen rostfreien Stahl umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
    • Hinzufügen einer Kupfer-Zwischenschicht an der Grenzfläche zwischen dem Draht (Platte) aus TiNi-Formgedächtnislegierung und dem Draht (Platte) aus martensitischem Edelstahl (TiNi-Legierung/Kupfer-Zwischenschicht/martensitischer Edelstahl), um dadurch über das Füllmaterial der Kupfer-Zwischenschicht eine feste Kupferlösung in der Schweißzone auszufällen und den Titangehalt und die spröde intermetallische Verbindung in der Schweißzone zu reduzieren, um die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung zu verbessern;
  • Einstellung der Position einer Schweißwärmequelle (Laserstrahl, Mikrostrahlplasma-Lichtbogen, WIG usw.), so dass sich deren Heizpunkt nahe der Grenzfläche zwischen der TiNi-Legierung und dem martensitischen Edelstahl und näher an der Seite des martensitischen Edelstahls befindet, um dadurch das Schmelzverhältnis des TiNi-Legierungsgrundmaterials zu verringern und den Titangehalt und die spröde intermetallische Verbindung in der Schweißzone zu reduzieren, um die Leistung der Schweißverbindung zu verbessern; und
  • Erwärmung zum Schmelzen der Grenzflächenzone durch die Schweißwärmequelle, Abkühlung und Verfestigung zur Bildung einer Schweißverbindung aus einer TiNi-Legierung und einem martensitischen Edelstahl mit ungleichem Material. Während des Schweißens wird ein Schutzgas in die Schweißzone eingeleitet, um die nachteiligen Auswirkungen von H, O, N und dergleichen auf die Leistung der Schweißverbindung zu verhindern.
The above object of the present invention is achieved by the following technical solution:
  • A method of joining dissimilar materials for a TiNi shape memory alloy and a martensitic stainless steel includes the following steps:
    • Adding a copper interlayer at the interface between the wire (plate) made of TiNi shape memory alloy and the wire (plate) made of martensitic stainless steel (TiNi alloy / copper interlayer / martensitic stainless steel) to thereby create a precipitate solid copper solution in the weld zone and reduce the titanium content and brittle intermetallic compound in the weld zone to improve the strength and toughness of the weld joint;
  • Adjusting the position of a welding heat source (laser beam, micro-beam plasma arc, TIG, etc.) so that its heating point is near the interface between the TiNi alloy and the martensitic stainless steel and closer to the side of the martensitic stainless steel, thereby increasing the melting ratio of the TiNi -Decrease alloy base material and reduce the titanium content and brittle intermetallic compound in the weld zone to improve weld joint performance; and
  • Heating to melt the interface zone by the welding heat source, cooling and solidification to form a welded joint made of a TiNi alloy and a martensitic stainless steel with a dissimilar material. A shielding gas is introduced into the weld zone during welding to prevent the adverse effects of H, O, N and the like on the performance of the weld joint.

Beim Schweißen des TiNi-Formgedächtnislegierungsdrahtes (Platte) und des martensitischen Edelstahldrahtes (Platte) kann ein Kupferschweißdraht als Füllmaterial anstelle der Kupferzwischenschicht verwendet werden, um die Eigenschaften der Schweißverbindung zu verbessern.When welding the TiNi shape memory alloy wire (plate) and the martensitic Stainless steel wire (plate), a copper welding wire can be used as filler material instead of the copper intermediate layer in order to improve the properties of the welded joint.

Das Kupferfüllmaterial hat die Form einer Kupferzwischenschicht und eines Kupfer-Schweißdrahtes. Das Schmelzverhältnis des Grundmaterials der TiNi-Legierung wird reduziert, insbesondere beträgt das Schmelzverhältnis der TiNi-Legierung <40 %.The copper filler material is in the form of a copper interlayer and a copper welding wire. The melting ratio of the base material of the TiNi alloy is reduced, in particular the melting ratio of the TiNi alloy is <40%.

Die Ergebnisse zeigen, dass die erfinderische Methode beim Schweißen ungleicher Materialien der TiNi-Formgedächtnislegierung und des martensitischen rostfreien Stahls durch die Verwendung von Kupferfüllmaterial eine große Menge an Kupfer-Mischkristallen in der Schweißzone ausscheiden und die spröden intermetallischen Verbindungen reduzieren kann; und durch die Platzierung der Schweißwärmequelle näher an der Seite des martensitischen rostfreien Stahlgrundmaterials ist die erfinderische Methode vorteilhaft bei der Reduzierung der spröden intermetallischen Verbindungen in der Schweißzone, um so die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung deutlich zu verbessern.The results show that the inventive method when welding dissimilar materials of the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel by using copper filler material can precipitate a large amount of copper mixed crystals in the welding zone and reduce the brittle intermetallic compounds; and by placing the welding heat source closer to the side of the martensitic stainless steel base material, the inventive method is advantageous in reducing the brittle intermetallic compounds in the weld zone so as to significantly improve the strength and toughness of the welded joint.

Die Schweißverbindung, die durch das Schweißen ungleicher Materialien der Formgedächtnislegierung TiNi und des martensitischen rostfreien Stahls nach der erfinderischen Methode erzielt wird, erreicht die folgenden Leistungsindizes: (1) die TiNi-Legierung - martensitischer rostfreier Stahl - Laserschweißverbindung hat eine Zugfestigkeit von 500-520 MPa, die im Vergleich zu den Schweißverbindungen ohne den Zusatz von Kupferzwischenschicht um mehr als das Zweifache in der Verbindungsfestigkeit verbessert ist; (2) die TiNi-Legierung - martensitischer rostfreier Stahl - Laserschweißverbindung hat einen Biegewinkel von >120°, der im Vergleich zu den Schweißverbindungen ohne den Zusatz von Kupfer-Zwischenschicht um mehr als das 30-fache im Verbindungsbiegewinkel verbessert ist; und (3) die Laser-Schweißverbindung aus der TiNi-Legierung und dem martensitischem Edelstahl hat eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der Wärmeeinflusszone der TiNi-Legierung von >90 %.The weld joint obtained by welding dissimilar materials of the shape memory alloy TiNi and the martensitic stainless steel according to the inventive method achieves the following performance indices: (1) the TiNi alloy - martensitic stainless steel - laser weld joint has a tensile strength of 500-520 MPa which, compared to the welded joints without the addition of copper interlayer, is more than twice improved in joint strength; (2) the TiNi alloy - martensitic stainless steel - laser welded joint has a bending angle of> 120 °, which is more than 30 times improved in the joint bending angle compared to the welded joints without the addition of an intermediate copper layer; and (3) the laser welded joint of the TiNi alloy and the martensitic stainless steel has a recovery rate of the shape memory effect in the heat affected zone of the TiNi alloy of> 90%.

Die Erfindung hat vor allem folgende Vorteile: (1) aufgrund der unbeschränkten gegenseitigen Löslichkeit von Kupfer mit Nickel, der begrenzten Löslichkeit von Kupfer mit Titan, Eisen und Chrom im festen Zustand, der hohen Festigkeit und Plastizität des Kupfer-Mischkristalls und der Tatsache, dass die Kupfer-Titan-Verbindung eine geringere Sprödigkeit im Vergleich zur intermetallischen Eisen-Titan-Verbindung, zur intermetallische Nickel-Titan-Verbindung und zur Chrom-Titan-Verbindung aufweist, ist die Verwendung des Kupfer-Füllmaterials zur Durchführung des Schweißens ungleicher Materialien der Formgedächtnislegierung TiNi und des martensitischen rostfreien Stahls vorteilhaft, um die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung deutlich zu verbessern; (2) das Kupferfüllmaterial hat relativ niedrige Kosten und ist leicht zu beschaffen, was vorteilhaft ist, um die Produktionskosten für das Schweißen zu reduzieren; und (3) die Verwendung des Kupfer-Zwischenmaterials mit einer guten Plastizität ist vorteilhaft, um eine Schweißautomatisierung zu realisieren und so die Produktionseffizienz zu verbessern.The main advantages of the invention are: (1) due to the unlimited mutual solubility of copper with nickel, the limited solubility of copper with titanium, iron and chromium in the solid state, the high strength and plasticity of the copper mixed crystal and the fact that the copper-titanium compound has a lower brittleness compared to the intermetallic iron-titanium compound, the intermetallic nickel-titanium compound and the chromium-titanium compound, is the use of the copper filler material to carry out the welding of dissimilar materials of the shape memory alloy TiNi and martensitic stainless steel are advantageous to remarkably improve the strength and toughness of the welded joint; (2) the copper filler material is relatively low in cost and easy to obtain, which is advantageous to reduce the production cost for welding; and (3) the use of the intermediate copper material having good plasticity is advantageous to realize welding automation and thus improve production efficiency.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Die konkreten Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden detailliert beschrieben.The concrete embodiments of the invention are described in detail below.

Beispiel 1.Example 1.

Ein Draht aus einer TiNi-Legierung und ein martensitischer Edelstahldraht wurden nach der erfinderischen Methode dem Laserschweißen unterzogen, um einen kieferorthopädischen Dentalverbunddraht vorzubereiten. Sowohl der Draht aus der TiNi-Legierung als auch der martensitische Edelstahldraht hatten eine Querschnittsabmessung von 0,66 mm (Breite) x 0,5 mm (Dicke). Eine Kupfer-Zwischenschicht (mit einer Dicke von 85 µm) wurde an der Grenzfläche zwischen dem Draht aus TiNi-Legierung und dem martensitischen Edelstahldraht (ohne verbleibenden Abstand) angebracht, und die Grenzflächenzone wurde durch eine gepulste Laser-Wärmequelle geschmolzen, um eine Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl mit ungleichem Material zu bilden. Die Prozessparameter des Laserschweißens: eine Pulsenergie von 7,2 J; eine Pulsbreite von 6 ms; und eine Schutzgas (Ar)-Durchflussrate von 8 L/min. Die erhaltene TiNi-Legierung - martensitischer rostfreier Stahl - ungleiches Material - lasergeschweißte Verbindung hatte eine Zugfestigkeit von 520 MPa (die um mehr als das Zweifache in der Verbindungsfestigkeit verbessert wurde im Vergleich zu den Schweißverbindungen ohne den Zusatz der Kupferzwischenschicht). Die Laserschweißverbindung hatte einen Biegewinkel von 180° (der im Vergleich zu den Schweißverbindungen ohne die zusätzliche Kupferzwischenschicht um mehr als das 30-fache des Biegewinkels verbessert wurde); und die Laserschweißverbindung hatte eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der Wärmeeinflusszone der TiNi-Legierung von >95 %, was die kieferorthopädischen Leistungsanforderungen der Zähne erfüllte.A wire made of a TiNi alloy and a martensitic stainless steel wire were subjected to laser welding according to the inventive method to prepare an orthodontic dental composite wire. Both the TiNi alloy wire and the martensitic stainless steel wire had a cross-sectional dimension of 0.66 mm (width) x 0.5 mm (thickness). A copper interlayer (85 µm thick) was applied to the interface between the TiNi alloy wire and the martensitic stainless steel wire (with no gap left), and the interface region was melted by a pulsed laser heat source to form a weld TiNi alloy and martensitic stainless steel with dissimilar material to form. The process parameters of laser welding: a pulse energy of 7.2 J; a pulse width of 6 ms; and a protective gas (Ar) flow rate of 8 L / min. The obtained TiNi alloy - martensitic stainless steel - dissimilar material - laser welded joint had a tensile strength of 520 MPa (which was improved by more than two times in joint strength compared to the welded joints without the addition of the copper interlayer). The laser weld joint had a bending angle of 180 ° (which was improved by more than 30 times the bending angle compared to the weld joints without the additional copper interlayer); and the laser weld joint had a recovery rate of the shape memory effect in the heat affected zone of the TiNi alloy of> 95%, which met the orthodontic performance requirements of the teeth.

Beispiel 2:Example 2:

Eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem Edelstahl wurden nach der erfinderischen Methode dem Laserschweißen unterzogen. Sowohl die Platte aus TiNi-Legierung als auch die Platte aus martensitischem Edelstahl hatten eine Dicke von 0,54 mm. Eine Kupfer-Zwischenschicht (mit einer Dicke von 90 µm) wurde an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Legierungsplatte und der martensitischen Edelstahlplatte (ohne verbleibenden Abstand) angebracht, und die Grenzflächenzone wurde durch eine gepulste Laser-Wärmequelle geschmolzen, um eine Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl mit ungleichem Material zu bilden. Die Prozessparameter des Laserschweißens: eine Pulsfrequenz von 30 Hz; eine Pulsbreite von 5 ms; eine Laserleistung von 312 W; eine Schweißgeschwindigkeit von 1 m/min; und eine Schutzgas (Ar)-Durchflussrate von 9 L/min. Die erhaltene Laser-Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl hatte eine Zugfestigkeit von 510 MPa, einen Biegewinkel der Verbindung von >120° und eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der Wärmeeinflusszone der TiNi-Legierung von >90 %.A plate made of a TiNi alloy and a plate made of martensitic stainless steel were subjected to laser welding according to the inventive method. Both the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate had a thickness of 0.54 mm. An intermediate copper layer (90 µm thick) was applied to the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate (with no gap left), and the interface zone was melted by a pulsed laser heat source to form a TiNi welded joint. Alloy and martensitic stainless steel to form with dissimilar material. The process parameters of laser welding: a pulse frequency of 30 Hz; a pulse width of 5 ms; a laser power of 312 W; a welding speed of 1 m / min; and a protective gas (Ar) flow rate of 9 L / min. The resulting laser welded joint made of TiNi alloy and martensitic stainless steel had a tensile strength of 510 MPa, a joint bending angle of> 120 ° and a recovery rate of the shape memory effect in the heat affected zone of the TiNi alloy of> 90%.

Beispiel 3:Example 3:

Eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem Edelstahl wurden nach der erfinderischen Methode dem Mikrostrahl-Plasma-Lichtbogenschweißen unterzogen. Sowohl die Platte aus TiNi-Legierung als auch die Platte aus martensitischem Edelstahl haben eine Dicke von 0,75 mm, eine Kupferzwischenschicht (mit einer Dicke von 120 µm) wurde an der Grenzfläche zwischen der Platte aus TiNi-Legierung und der Platte aus martensitischem Edelstahl (ohne verbleibenden Zwischenraum) angebracht, und die Grenzzone wurde durch eine Mikrostrahl-Plasmabogen-Wärmequelle erhitzt und geschmolzen, um eine Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl zu bilden. Die Prozessparameter des Mikrostrahl-Plasma-Lichtbogenschweißens: ein Schweißstrom von 10 A; eine Schweißgeschwindigkeit von 12,5 cm/min; eine lonengas-(Ar)-Durchflussrate von 0,28 L/min; eine Schutzgas-(H21 %+Ar)-Durchflussrate von 9,5 L/min; und eine Düsenöffnung von 0,75 mm. Die erhaltene Mikrostrahl-Plasmaschweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl hatte eine Zugfestigkeit von 500 MPa, einen Biegewinkel der Verbindung von >80° und eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der wärmebeeinflussten Zone der TiNi-Legierung von >85 %.A plate made of a TiNi alloy and a plate made of martensitic stainless steel were subjected to micro-beam plasma arc welding according to the inventive method. Both the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate have a thickness of 0.75 mm, an intermediate copper layer (with a thickness of 120 µm) was formed at the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate (with no gap left), and the boundary zone was heated and melted by a micro-jet plasma arc heat source to form a weld of TiNi alloy and martensitic stainless steel. The process parameters of micro-beam plasma arc welding: a welding current of 10 A; a welding speed of 12.5 cm / min; an ion gas (Ar) flow rate of 0.28 L / min; a protective gas (H21% + Ar) flow rate of 9.5 L / min; and a nozzle opening of 0.75 mm. The resulting micro-beam plasma welded joint made of TiNi alloy and martensitic stainless steel had a tensile strength of 500 MPa, a joint bending angle of> 80 ° and a recovery rate of the shape memory effect in the heat-affected zone of the TiNi alloy of> 85%.

Beispiel 4:Example 4:

Eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem Edelstahl wurden nach der erfinderischen Methode einem Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen (WIG) unterzogen. Die Platte aus TiNi-Legierung und die Platte aus martensitischem Edelstahl hatten eine Dicke von 1 mm, eine Kupferzwischenschicht (mit einer Dicke von 300 µm) wurde an der Grenzfläche zwischen der Platte aus TiNi-Legierung und der Platte aus martensitischem Edelstahl (ohne Spielraum) angebracht, und die Grenzzone wurde durch eine WIG-Wärmequelle erhitzt und geschmolzen, um eine Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl zu bilden. Die Parameter des WIG-Schweißprozesses: ein Wolframelektrodendurchmesser von 1,5 mm; ein Schweißstrom von 40 A; und eine Argon-Gasdurchflussrate von 10 I/min. Die erhaltene WIG-Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl hatte eine Zugfestigkeit von 490 MPa, einen Biegewinkel der Verbindung von > 60° und eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der wärmebeeinflussten Zone der TiNi-Legierung von >80 %.A plate made of a TiNi alloy and a plate made of martensitic stainless steel were subjected to tungsten-argon arc welding (TIG) according to the inventive method. The TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate had a thickness of 1 mm, an intermediate copper layer (with a thickness of 300 µm) was applied at the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate (with no clearance) and the boundary zone was heated and melted by a TIG heat source to form a welded joint of TiNi alloy and martensitic stainless steel. The parameters of the TIG welding process: a tungsten electrode diameter of 1.5 mm; a welding current of 40 A; and an argon gas flow rate of 10 l / min. The resulting TIG welded joint made of TiNi alloy and martensitic stainless steel had a tensile strength of 490 MPa, a joint bending angle of> 60 ° and a recovery rate of the shape memory effect in the heat-affected zone of the TiNi alloy of> 80%.

Beispiel 5:Example 5:

Eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem Edelstahl wurden nach der erfinderischen Methode einem Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen (WIG) unterzogen. Die Platte aus TiNi-Legierung und die Platte aus martensitischem Edelstahl hatten eine Dicke von 1 mm, an der Schnittstelle zwischen der Platte aus TiNi-Legierung und der Platte aus martensitischem Edelstahl wurde ein Freiraum von 0,5 mm gelassen, um beim WIG-Schweißen Kupfer-Schweißdraht zu füllen. Die Parameter des WIG-Schweißprozesses: ein Wolframelektroden-Durchmesser von 1,5 mm; ein Kupfer-Schweißdraht-Durchmesser von 1,6 mm; ein Schweißstrom von 50 A; und eine Argon-Gasflussrate von 10 I/min. Die erhaltene WIG-Schweißverbindung aus TiNi-Legierung und martensitischem Edelstahl hatte eine Zugfestigkeit von 490 MPa, einen Biegewinkel der Verbindung von > 60° und eine Erholungsrate des Formgedächtniseffekts in der wärmebeeinflussten Zone der TiNi-Legierung von >80 %.A plate made of a TiNi alloy and a plate made of martensitic stainless steel were subjected to tungsten-argon arc welding (TIG) according to the inventive method. The TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate had a thickness of 1 mm, and a clearance of 0.5 mm was left at the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate to allow TIG welding Fill copper welding wire. The parameters of the TIG welding process: a tungsten electrode diameter of 1.5 mm; a copper welding wire diameter of 1.6 mm; a welding current of 50 A; and an argon gas flow rate of 10 l / min. The resulting TIG welded joint made of TiNi alloy and martensitic stainless steel had a tensile strength of 490 MPa, a joint bending angle of> 60 ° and a recovery rate of the shape memory effect in the heat-affected zone of the TiNi alloy of> 80%.

Claims (5)

Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien für eine TiNi-Formgedächtnislegierung und einen martensitischen rostfreien Stahl, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Hinzufügen einer Kupfer-Zwischenschicht an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Formgedächtnislegierung und dem martensitischen Edelstahl, um über das Kupfer-Zwischenschichtfüllmaterial in einer Schweißzone eine feste Kupferlösung auszufällen; b) Platzieren des Zentrums einer Schweißwärmequelle nahe der Grenzfläche zwischen der TiNi-Formgedächtnislegierung und dem martensitischen Edelstahl, näher an der Seite des martensitischen Edelstahls; und c) Erwärmen zum Schmelzen der Grenzflächenzone durch die Schweißwärmequelle zum Schweißen, Abkühlen und Verfestigen, um eine Schweißverbindung ungleicher Materialien zwischen der TiNi-Legierung und dem martensitischem, rostfreiem Stahl zu bilden, wobei während des Schweißens ein Schutzgas in die Schweißzone eingeleitet wird.A method for joining dissimilar materials for a TiNi shape memory alloy and a martensitic stainless steel, comprising the following process steps: a) Adding an intermediate copper layer at the interface between the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel to over the copper interlayer filler material in a weld zone precipitate a solid copper solution; b) placing the center of a welding heat source near the interface between the TiNi shape memory alloy and the martensitic stainless steel, closer to the side of the martensitic stainless steel; and c) heating to melt the interface zone by the welding heat source for welding, cooling and solidifying to form a weld of dissimilar materials between the TiNi alloy and the martensitic stainless steel, a protective gas being introduced into the welding zone during welding. Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien nach Anspruch 1, bei dem ein Draht aus einer TiNi-Legierung und ein martensitischer rostfreier Stahldraht einem Laserschweißen unterzogen werden, wobei sowohl der Draht aus der TiNi-Legierung als auch der martensitische rostfreie Stahldraht eine Querschnittsabmessung von 0,66 mm Breite x 0.5 mm Dicke aufweisen, wobei die Kupferzwischenschicht mit einer Dicke von 85 µm an der Grenzfläche zwischen dem Draht aus TiNi-Legierung und dem martensitischen Edelstahldraht ohne verbleibenden Zwischenraum platziert wird, und die Grenzflächenzone durch eine gepulste Laserwärmequelle geschmolzen wird, um die Schweißverbindung ungleicher Materialien zwischen der TiNi-Legierung und dem martensitischem Edelstahl zu bilden.Method for joining dissimilar materials according to Claim 1 , in which a TiNi alloy wire and a martensitic stainless steel wire are subjected to laser welding, both the TiNi alloy wire and the martensitic stainless steel wire having a cross-sectional dimension of 0.66 mm wide x 0.5 mm thick, wherein the copper interlayer with a thickness of 85 µm is placed at the interface between the TiNi alloy wire and the martensitic stainless steel wire with no gap left, and the interface zone is melted by a pulsed laser heat source to weld the dissimilar materials between the TiNi alloy and the to form martensitic stainless steel. Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien nach Anspruch 1, wobei eine TiNi-Legierungsplatte und eine martensitische Edelstahlplatte einem Laserschweißen unterzogen werden, sowohl die TiNi-Legierungsplatte als auch die martensitische Edelstahlplatte eine Dicke von 0,54 mm aufweisen, wobei die Kupferzwischenschicht mit einer Dicke von 90 µm an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Legierungsplatte und der martensitischen Edelstahlplatte ohne verbleibenden Zwischenraum angeordnet wird und die Grenzflächenzone durch eine gepulste Laserwärmequelle geschmolzen wird, um die TiNi-Legierung-martensitische Edelstahlschweißverbindung aus ungleichem Material zu bilden.Method for joining dissimilar materials according to Claim 1 , wherein a TiNi alloy plate and a martensitic stainless steel plate are subjected to laser welding, both the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate have a thickness of 0.54 mm, with the intermediate copper layer having a thickness of 90 µm at the interface between the TiNi Alloy plate and the martensitic stainless steel plate is arranged with no gap remaining, and the interface zone is melted by a pulsed laser heat source to form the TiNi alloy-martensitic stainless steel weld joint of dissimilar material. Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien nach Anspruch 1, bei dem eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem rostfreiem Stahl einem Mikrostrahl-Plasma-Lichtbogenschweißen unterzogen werden, wobei sowohl die Platte aus TiNi-Legierung als auch die Platte aus martensitischem rostfreiem Stahl eine Dicke von 0.75 mm aufweisen, wobei die Kupfer-Zwischenschicht mit einer Dicke von 120 µm an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Legierungsplatte und der martensitischen Edelstahlplatte ohne verbleibenden Zwischenraum platziert wird, und wobei die Grenzflächenzone durch eine Mikrostrahl-Plasmabogen-Wärmequelle geschmolzen wird, um die Schweißverbindung ungleicher Materialien zwischen der TiNi-Legierung und dem martensitischem Edelstahl zu bilden.Method for joining dissimilar materials according to Claim 1 , in which a TiNi alloy plate and a martensitic stainless steel plate are subjected to micro-beam plasma arc welding, both the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate having a thickness of 0.75 mm, wherein the copper interlayer with a thickness of 120 µm is placed at the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate with no gap left, and the interfacial zone is melted by a micro-beam plasma arc heat source to weld the dissimilar materials between the TiNi Alloy and the martensitic stainless steel. Verfahren zum Verbinden ungleicher Materialien nach Anspruch 1, bei dem eine Platte aus einer TiNi-Legierung und eine Platte aus martensitischem rostfreiem Stahl einem Wolfram-Argon-Lichtbogenschweißen (WIG) unterzogen werden, wobei sowohl die Platte aus einer TiNi-Legierung als auch die Platte aus martensitischem rostfreiem Stahl eine Dicke von 1 mm aufweisen, wobei die Kupferzwischenschicht mit einer Dicke von 300 µm an der Grenzfläche zwischen der TiNi-Legierungsplatte und der martensitischen Edelstahlplatte ohne verbleibenden Abstand platziert wird, und wobei die Grenzflächenzone durch eine WIG-Wärmequelle geschmolzen wird, um die Schweißverbindung ungleicher Materialien zwischen der TiNi-Legierung und dem martensitischen Edelstahl zu bilden.Method for joining dissimilar materials according to Claim 1 , in which a TiNi alloy plate and a martensitic stainless steel plate are subjected to tungsten-argon arc welding (TIG), the thickness of both the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate being 1 mm, wherein the copper interlayer with a thickness of 300 µm is placed at the interface between the TiNi alloy plate and the martensitic stainless steel plate with no remaining space, and the interface zone is melted by a TIG heat source to weld the joint of dissimilar materials between the TiNi Alloy and the martensitic stainless steel.
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