一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法
2023-06-13 19:19:51
專利名稱：：一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法
技術領域：
：本發明涉及一種金屬的焊接方法，具體涉及一種鈦合金與不鏽鋼之間的焊接方法。
背景技術：
：鈦合金是一種廣泛應用於航空航天、醫療衛生、運動休閒等領域的金屬，它的強度高、密度小，機械性、韌性和抗蝕性都較好，但在實際使用中，當其用於某些特殊構件上需結合其他金屬時，往往難度較大。如鈦與不鏽鋼屬異種金屬材質，兩者性質差異太大，以一般焊接方式無法達到合金化的結合效果，容易形成假焊現象而無結合強度可言。因此一般鈦合金與不鏽鋼的結合方法，多採用螺絲鎖固、膠合、鉚合等。但上述機械結合方式會使兩種金屬產生間隙，能量多經由螺絲或鉚釘傳達，造成能量傳達分布不均；而膠合有耐溫問題，通常溫度超過180。C即出現脆化或軟化現象。故上述結合方式會影響結合強度。以銀基釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼可有效避免上述問題的發生，使能量在兩種材質間平均交互傳遞且能承受較高溫度。為提升銀基釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼的結合強度，目前有廠商開發出通過電鍍層進行結合的方式，即在鋼材結合表面電鍍鎳，再將鈦合金與鍍鎳不鏽鋼界面通過塗布銀基焊材，最後施以釺焊方式結合，這樣可有效提升鈦合金與不鏽鋼的結合強度。但這種結合方式仍存在以下不足一、電鍍過程中有環境汙染問題；二、如圖l所示，有可能會因為電鍍後清理鍍液不徹底而造成在銀基釺焊過程中鍍液向結合面擴散，進而影響鈦合金與不鏽鋼的結合強度；三、如圖2所示，鍍鎳層A與不鏽鋼接觸部分界限清晰，故連接不穩定，有剝離脫落的可能。
發明內容本發明提供一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方式，其目的在於改善鈦合金與不鏽鋼焊接後的結合強度。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，以真空二次釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼；其中，第一次真空釺焊使用鎳基焊材，經高溫融化滲入不鏽鋼的接合面表層，並在不鏽鋼的接合面表層擴散形成合金化接合面；第二次真空釺焊使用銀基焊材，並以不鏽鋼的合金化接合面與鈦合金結合。上述技術方案中的有關內容解釋如下1、上述方案中，所述鎳基焊材採用AWSBNi-2。("AWS":美國焊接協會)2、上述方案中，所述銀基焊材採用AWSBAg-8。3、上述方案中，所述不鏽鋼為需要固溶熱處理或淬火熱處理的不鏽鋼。所述的固溶熱處理是指將合金加熱到適當溫度，保持足夠長的時間，使一種或幾種相(一般為金屬間化合物)溶入固溶體中，然後快速冷卻到室溫的金屬熱處理操作，簡稱固溶處理。經過固溶熱處理的合金，其組織可以是過飽和固溶體或通常只存在於高溫的一種固溶體相，因此在熱力學上處於亞穩態，在適當的溫度或應力條件下會發生脫溶或其他轉變。本發明工作原理及優點為本發明的鈦合金與不鏽鋼焊接方法，是以真空釺焊工藝使鎳基焊材與不鏽鋼表層合金化，故無環境汙染、無鍍層剝離及鍍液滲出等問題的存在，且可配合不鏽鋼熱處理條件選用不同溫度條件的鎳基焊材，同時施以不鏽鋼熱處理(固溶、淬火)，以減少其它工藝步驟，提高設備利用率與產品利潤。附圖1為ASTM630不鏽鋼電鍍鎳後處理不良時鍍液外滲的圖片；附圖2為本發明ASTM630不鏽鋼電鍍鎳的表層顯微組織圖；附圖3為本發明ASTM630真空釺焊BNi-2鎳基焊料的表層顯微組織圖；附圖4為參照AWSC3.2規範的釺焊強度拉力測試片結構俯視圖；附圖5為圖4拉力測試片的結構主視圖。以上附圖A、鍍鎳層；B、ASTM630析出硬化型不鏽鋼；C、BNi-2鎳基焊材；D、合金化接合面；1、焊接點；2、塗覆焊料；3、第一表面。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，以真空二次釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼；其中，第一次真空釺焊使用鎳基焊材，將其塗布於欲接合位置的不鏽鋼表面，並限制其高溫時流動區域，而後經高溫融化滲入不鏽鋼的接合面表層，並在不鏽鋼的接合面表層擴散形成合金化接合面D(見圖3);第二次真空釺焊使用銀基焊材，將其塗布於所述合金化接合面D，並以此使不鏽鋼的合金化接合面與鈦合金結合。為達到較佳結合強度要求，發明人先以多種鎳基焊材製作ASTM630(17-4)("ASTM":美國材料與試驗協會)析出硬化型不鏽鋼B釺焊搭接拉力測試片(如圖4、5所示，該拉力測試片由兩塊焊材基片以各自第一表面3相對，在焊接點l處焊接固定，其中塗覆焊料2在兩塊基片的連接處可使焊接更穩固);多種銀基焊材製作AMS4914(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)("AMS，':美國航空航天材料規範)析出硬化型鈦合金釺焊搭接拉力測試片，以供釺焊焊材選定，測試結果如表一及表二所示。tableseeoriginaldocumentpage5(各測試6個式樣取平均值)表一tableseeoriginaldocumentpage5(各測試6個式樣取平均值)表二從表一與表二的測試結果再參照ASTM630析出硬化型不鏽鋼B及AMS4914析出硬化型鈦合金的固溶熱處理溫度條件，選擇AWSBNi-2鎳基焊材C及AWSBAg-8銀基焊材，按照本發明的釺焊工藝製作釺焊搭接拉力測試片。測試對照組則選用AWSBAg-8銀基焊材，直接釺焊搭接ASTM630析出硬化型不鏽鋼B與AMS4914析出硬化型鈦合金測試片，其測試結果如表三所示。鎳基焊料溫度條件銀基焊料溫度條件U.T.S(kgf/mm2)5(mm)BNi21060°C/60minBAg-8810°C/40min8.821.88N/ABAg-8810°C/40min7.061.48(各測試6個式樣取平均值)表三從表三測試所得數據，ASTM630析出硬化型不鏽鋼B經鎳基釺焊工藝再搭接AMS4914析出硬化型鈦合金(即二次真空釺焊)的測試組與未經鎳基釺焊工藝(即傳統的一次焊接)的對照組相比，抗拉強度多25%,延伸行程多27%,顯示本發明焊接方式可有效提升單純以BAg-8釺焊結合鈦合金與不鏽鋼方式的結合強度。亦可依照欲接合不鏽鋼及鈦合金的熱處理(固溶、淬火)條件選擇不同的釺焊材料，以提供最佳設計方案使用。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。權利要求1、一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於以真空二次釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼；其中，第一次真空釺焊使用鎳基焊材，經高溫融化滲入不鏽鋼的接合面表層，並在不鏽鋼的接合面表層擴散形成合金化接合面；第二次真空釺焊使用銀基焊材，並以不鏽鋼的合金化接合面與鈦合金結合。2、根據權利要求1所述的鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於所述鎳基焊材採用AWSBNi-2。3、根據權利要求1所述的鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於所述銀基焊材採用AWSBAg-8。4、根據權利要求1所述的鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於所述第一次真空釺焊的溫度範圍為1000°C~1200°C。5、根據權利要求1所述的鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於所述第二次真空釺焊的溫度範圍為700°C~900°C。6、根據權利要求1所述的鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於所述不鏽鋼為需要固溶熱處理或淬火熱處理的不鏽鋼。全文摘要一種鈦合金與不鏽鋼的焊接方法，其特徵在於以真空二次釺焊方式結合鈦合金與不鏽鋼；其中，第一次真空釺焊使用鎳基焊材，經高溫融化滲入不鏽鋼的接合面表層，並在不鏽鋼的接合面表層擴散形成合金化接合面；第二次真空釺焊使用銀基焊材，並以不鏽鋼的合金化接合面與鈦合金結合。本焊接方式較一般單純以銀基焊材釺焊方式可增加25％結合強度，相比類似焊接方式的不鏽鋼表層電鍍鎳工藝，不易產生環境汙染、不會造成電鍍層易剝離、鍍液滲出等問題，並可簡化對應材質的熱處理程序。文檔編號B23K1/19GK101347854SQ200810196298公開日2009年1月21日申請日期2008年8月27日優先權日2008年8月27日發明者亞陳申請人:亞陳