一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連接方法

2023-06-27 23:21:51

專利名稱：一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連接方法
技術領域：
本發明涉及一種異種材料的連接方法，尤其涉及 種TiNi形狀記憶合金與 不鏽鋼異種材料的連接方法。
背景技術：
TiNi形狀記憶合金是一種新型功能材料，具有特殊的形狀記憶效應、超 彈性和較高的強度、良好的抗腐蝕性，因此在精密儀表結構、航空航天、汽車 工業、醫療器械以及原子能等領域獲得了重要應用，被人們稱之為"跨越21 世紀的理想材料"。但TiNi形狀記憶合金的價格昂貴，在實際應用中為了降低 成本，TiNi形狀記憶合金往往需要與其它材料進行連接，特別是在醫療器械、 微電子以及航空航天方面，常常要與不鏽鋼材料連接。
然而，TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料焊接時由於接頭中易形成金屬
間化合物，使得焊接接頭的強度遠低於母材強度，甚至在焊接過程中就會發生 開裂。另一方面，TiNi形狀記憶合金本身在一定溫度下對氮、氫、氧很敏感， 當焊縫含氧、'氮量較高時，使得焊接接頭產生脆性相，焊縫或熱影響區變脆； 而且在焊接熱作用下焊接接頭易產生粗大的鑄造組織，使焊縫強度降低，在較 大的焊接應力下，會出現裂紋。因此，TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料焊 接的難度很大。
實際應用中，很多時候TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼材料的形態多為薄片 狀或細絲狀，其焊接更加困難。對於絲狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼，目前 國內外嘗試採用儲能焊和雷射釺焊連接。儲能焊時，接頭由於形成了鑄態組織 和脆性化合物而使得抗拉強度較低，僅僅是TiNi形狀記憶合金母材強度的 11.9%。採用雷射釺焊對細絲狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異質材料進行焊 接，接頭強度高，可達320 360 MPa，但需要採用專用的銀基釺料，成本較高， 而且比較適合於搭接接頭。

發明內容
本發明的目的在於提供一種薄片狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料 的連接方法，該連接方法克服TiNi形狀記憶合金和不鏽鋼異種材料焊接時的形 成脆性金屬間化合物和裂紋問題，連接效果好，能夠滿足TiNi形狀記憶合金-不鏽鋼異種材料複合結構在生產中的使用要求。本發明是這樣來實現的，其特徵是工藝方法步驟為採用鎳絲作為填充材 料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接TiNi形狀記憶合金片與
不鏽鋼片，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清洗，清洗後的TiNi形狀 記憶合金片應在6小時內使用，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護， 並且焊接接頭的背面需要墊上紫銅板。
本發明所述的鎳絲，其特徵是鎳絲以質量百分比計，含Ni量大於99X， 直徑為0.15mm 0.6mm，並且鎳絲的直徑要比被焊材料的厚度大0.05 O.lmm。
本發明所述的惰性氣體，其特徵是惰性氣體是純度大於99.9%的氬氣，氬 氣流量為5L/ min。
本發明所述的低功率脈衝雷射焊接工藝參數為脈衝寬度為2.5 6.6ms、 脈衝頻率4 13Hz、脈衝能量2.5 5.5J、光斑直徑為0.1 0.6mm，被焊材料 的厚度為0.1 0.5mm。
本發明所述的焊前清洗方法，其特徵是先用丙酮脫脂，再將TiNi形狀記 憶合金放入體積比為2: 1: 5的氫氟酸、硝酸和水的混合溶液中浸泡約15分 鍾，然後用清水衝洗、自然晾乾。
本發明的鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼之 間，並且組裝時的錯邊不能超過被焊材料厚度的10。％。
本發明的優點是採用鎳絲作為填充材料，有效阻隔了焊接接頭中脆性金 屬間化合物的形成，採用能量密度高的雷射焊減小焊接熱作用對熱影響區性能 的影響，採用雙面惰性氣體保護克服了大氣中氧、氮對焊接接頭性能的影響， 因此降低了接頭裂紋敏感性，大大提高了接頭強度，能夠實現薄片狀TiNi形 狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的良好連接。


圖1為本發明被焊材料和填充材料組裝後的橫截面圖。 在圖中，1、不鏽鋼2、鎳絲3、 TiNi記憶合金
具體實施例方式
實施例一
採用鎳絲作為填充材料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接 TiNi形狀記憶合金片與不鏽鋼片，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清 洗，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護，並且焊接接頭的背面需要墊上紫銅板。被焊材料的厚度為O.lmm，先用丙酮脫脂，再將TiNi形狀記憶
合金放入體積比為2: 1: 5的氫氟酸、硝酸和水的混合溶液中浸泡15分鐘，
然後用清水衝洗、自然晾乾。鎳絲以質量百分比計，含Ni量大於99X，直徑 為0.15mm。鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼之間， 並且組裝時的錯邊不能超過被焊材料厚度的10%。惰性氣體是純度大於99.9 %的氬氣，氬氣流量為5L/ min。低功率脈衝雷射焊接工藝參數為脈衝寬度 為2.5ms、脈衝頻率4Hz、脈衝能量2.5J、光斑直徑為O.lmm。
採用鎳絲作為填充材料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接 TiNi形狀記憶合金片與不鏽鋼片，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清 洗，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護，並且焊接接頭的背面需要 墊上紫銅板。被焊材料的厚度為0.5mm，先用丙酮脫脂，再將TiNi形狀記憶 合金放入體積比為2: 1: 5的氫氟酸、硝酸和水的混合溶液中浸泡15分鐘， 然後用清水衝洗、自然晾乾。鎳絲以質量百分比計，含Ni量大於99X，直徑 為0.15mm。鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼之間， 並且組裝時的錯邊不能超過被焊材料厚度的10%。惰性氣體是純度大於99.9 %的氬氣，氬氣流量為5L/ min。低功率脈衝雷射焊接工藝參數為脈衝寬度 為6.0ms、脈衝頻率12Hz、脈衝能量5.5J、光斑直徑為0.4mm。
實施例三
採用鎳絲作為填充材料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接 TiNi形狀記憶合金片與不鏽鋼片，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清 洗，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護，並且焊接接頭的背面需要 墊上紫銅板。被焊材料的厚度為0.2mm，先用丙酮脫脂，再將TiNi形狀記憶 合金放入體積比為2: 1: 5的氫氟酸、硝酸和水的混合溶液中浸泡15分鐘， 然後用清水衝洗、自然晾乾。鎳絲以質量百分比計，含Ni量大於99X，直徑 為0.3mm。鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼之間， 並且組裝時的錯邊不能超過被焊材料厚度的10%。惰性氣體是純度大於99.9 Q/^的氬氣，氬氣流量為5L/min。低功率脈衝雷射焊接工藝參數為脈衝寬度 為5.1ms、脈衝頻率6Hz、脈衝能量3.3J、光斑直徑為O.lmm。
如圖1所示，鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼之間。
權利要求
1、一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連接方法，其特徵是工藝方法步驟為採用鎳絲作為填充材料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接薄片狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清洗，清洗後的TiNi形狀記憶合金片應在6小時內使用，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護，並且焊接接頭的背面需要墊上紫銅板。
2、 根據權利要求1所述的一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連 接方法，所述的鎳絲，其特徵是鎳絲以質量百分比計，含阻量大於99%，直 徑為0. 15腿 0. 6mm，並且鎳絲的直徑要比被焊材料的厚度大0. 05 0. lmm。
3、 根據權利要求1所述的一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連 接方法，所述的惰性氣體，其特徵是惰性氣體是純度大於99.9%的氬氣，氬氣 流量為5L/ min。
4、 根據權利要求1所述的一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連 接方法，所述的低功率脈衝雷射焊接工藝參數為脈衝寬度為2.5 6.6ms、脈 衝頻率4 13Hz、脈衝能量2. 5 5.5J、光斑直徑為0. 1 0. 6mm，被焊材料的 厚度為0. 1 0. 5腿。
5、 根據權利要求1所述的一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的 連接方法，所述的焊前清洗方法，其特徵是先用丙酮脫脂，再將TiNi形狀記 憶合金放入體積比為2: 1: 5的氫氟酸、硝酸和水的混合溶液中浸泡15分鐘， 然後用清水衝洗、自然晾乾。
6、 根據權利要求1所述的一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的 連接方法，其特徵是鎳絲在焊接之前預置在被焊的TiNi形狀記憶合金與不鏽 鋼之間，並且組裝時的錯邊不能超過被焊材料厚度的10%。
全文摘要
一種TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的連接方法，其特徵是工藝方法步驟為採用鎳絲作為填充材料，惰性氣體保護，以低功率脈衝雷射作為熱源焊接薄片狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼，TiNi形狀記憶合金在施焊前要進行焊前清洗，清洗後的TiNi形狀記憶合金片應在6小時內使用，焊接接頭的正面和背面均需採用氬氣進行保護。本發明的優點是採用鎳絲作為填充材料，有效阻隔了焊接接頭中脆性金屬間化合物的形成，採用雙面惰性氣體保護克服了大氣中氧、氮對焊接接頭性能的影響，因此降低了接頭裂紋敏感性，能夠實現薄片狀TiNi形狀記憶合金與不鏽鋼異種材料的良好連接。
文檔編號B23K26/20GK101428371SQ200810136370
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月5日 優先權日2008年12月5日
發明者麗 刑, 徐世龍, 柯黎明, 陳玉華, 黃永德 申請人:南昌航空大學