CN101347854A - 一种钛合金与不锈钢的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：以真空二次钎焊方式结合钛合金与不锈钢；其中，第一次真空钎焊使用镍基焊材，经高温融化渗入不锈钢的接合面表层，并在不锈钢的接合面表层扩散形成合金化接合面；第二次真空钎焊使用银基焊材，并以不锈钢的合金化接合面与钛合金结合。本焊接方式较一般单纯以银基焊材钎焊方式可增加25％结合强度，相比类似焊接方式的不锈钢表层电镀镍工艺，不易产生环境污染、不会造成电镀层易剥离、镀液渗出等问题，并可简化对应材质的热处理程序。

Description

一种钛合金与不锈钢的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种金属的焊接方法，具体涉及一种钛合金与不锈钢之间的焊接方法。
背景技术
钛合金是一种广泛应用于航空航天、医疗卫生、运动休闲等领域的金属，它的强度高、密度小，机械性、韧性和抗蚀性都较好，但在实际使用中，当其用于某些特殊构件上需结合其他金属时，往往难度较大。如：钛与不锈钢属异种金属材质，两者性质差异太大，以一般焊接方式无法达到合金化的结合效果，容易形成假焊现象而无结合强度可言。因此一般钛合金与不锈钢的结合方法，多采用螺丝锁固、胶合、铆合等。但上述机械结合方式会使两种金属产生间隙，能量多经由螺丝或铆钉传达，造成能量传达分布不均；而胶合有耐温问题，通常温度超过180℃即出现脆化或软化现象。故上述结合方式会影响结合强度。
以银基钎焊方式结合钛合金与不锈钢可有效避免上述问题的发生，使能量在两种材质间平均交互传递且能承受较高温度。为提升银基钎焊方式结合钛合金与不锈钢的结合强度，目前有厂商开发出通过电镀层进行结合的方式，即在钢材结合表面电镀镍，再将钛合金与镀镍不锈钢界面通过涂布银基焊材，最后施以钎焊方式结合，这样可有效提升钛合金与不锈钢的结合强度。但这种结合方式仍存在以下不足：一、电镀过程中有环境污染问题；二、如图1所示，有可能会因为电镀后清理镀液不彻底而造成在银基钎焊过程中镀液向结合面扩散，进而影响钛合金与不锈钢的结合强度；三、如图2所示，镀镍层A与不锈钢接触部分界限清晰，故连接不稳定，有剥离脱落的可能。
发明内容
本发明提供一种钛合金与不锈钢的焊接方式，其目的在于改善钛合金与不锈钢焊接后的结合强度。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钛合金与不锈钢的焊接方法，以真空二次钎焊方式结合钛合金与不锈钢；其中，第一次真空钎焊使用镍基焊材，经高温融化渗入不锈钢的接合面表层，并在不锈钢的接合面表层扩散形成合金化接合面；第二次真空钎焊使用银基焊材，并以不锈钢的合金化接合面与钛合金结合。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述镍基焊材采用AWS BNi-2。(“AWS”：美国焊接协会)
2、上述方案中，所述银基焊材采用AWS BAg-8。
3、上述方案中，所述不锈钢为需要固溶热处理或淬火热处理的不锈钢。所述的固溶热处理是指将合金加热到适当温度，保持足够长的时间，使一种或几种相(一般为金属间化合物)溶入固溶体中，然后快速冷却到室温的金属热处理操作，简称固溶处理。经过固溶热处理的合金，其组织可以是过饱和固溶体或通常只存在于高温的一种固溶体相，因此在热力学上处于亚稳态，在适当的温度或应力条件下会发生脱溶或其他转变。
本发明工作原理及优点为：本发明的钛合金与不锈钢焊接方法，是以真空钎焊工艺使镍基焊材与不锈钢表层合金化，故无环境污染、无镀层剥离及镀液渗出等问题的存在，且可配合不锈钢热处理条件选用不同温度条件的镍基焊材，同时施以不锈钢热处理(固溶、淬火)，以减少其它工艺步骤，提高设备利用率与产品利润。
附图说明
附图1为ASTM 630不锈钢电镀镍后处理不良时镀液外渗的图片；
附图2为本发明ASTM 630不锈钢电镀镍的表层显微组织图；
附图3为本发明ASTM 630真空钎焊BNi-2镍基焊料的表层显微组织图；
附图4为参照AWS C3.2规范的钎焊强度拉力测试片结构俯视图；
附图5为图4拉力测试片的结构主视图。
以上附图：A、镀镍层；B、ASTM630析出硬化型不锈钢；C、BNi-2镍基焊材；D、合金化接合面；1、焊接点；2、涂覆焊料；3、第一表面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种钛合金与不锈钢的焊接方法，
以真空二次钎焊方式结合钛合金与不锈钢；其中，第一次真空钎焊使用镍基焊材，将其涂布于欲接合位置的不锈钢表面，并限制其高温时流动区域，而后经高温融化渗入不锈钢的接合面表层，并在不锈钢的接合面表层扩散形成合金化接合面D(见图3)；第二次真空钎焊使用银基焊材，将其涂布于所述合金化接合面D，并以此使不锈钢的合金化接合面与钛合金结合。
为达到较佳结合强度要求，发明人先以多种镍基焊材制作ASTM 630(17-4)(“ASTM”：美国材料与试验协会)析出硬化型不锈钢B钎焊搭接拉力测试片(如图4、5所示，该拉力测试片由两块焊材基片以各自第一表面3相对，在焊接点1处焊接固定，其中涂覆焊料2在两块基片的连接处可使焊接更稳固)；多种银基焊材制作AMS 4914(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn)(“AMS”：美国航空航天材料规范)析出硬化型钛合金钎焊搭接拉力测试片，以供钎焊焊材选定，测试结果如表一及表二所示。
  镍基焊料   温度条件   U.T.S(kgf/mm2)   δ(mm)
  BNi-2   1060℃/60min   10.82   2.2
  A   1030℃/60min   9.65   1.63
  B   1070℃/60min   10.376   1.88
  C   1120℃/60min   15.169   2.72
  D   1040℃/60min   9.696   1.76
(各测试6个式样取平均值)
表一
  银基焊料   温度条件   U.T.S(kgf/mm2)   δ(mm)
  BAg-8   810℃/40min   7.10   1.48
  A   800℃/60min   6.45   1.67
  B   800℃/40min   6.80   1.80
  C   780℃/50min   7.06   1.38
  D   790℃/40min   6.40   1.28
(各测试6个式样取平均值)
表二
从表一与表二的测试结果再参照ASTM 630析出硬化型不锈钢B及AMS4914析出硬化型钛合金的固溶热处理温度条件，选择AWS BNi-2镍基焊材C及AWS BAg-8银基焊材，按照本发明的钎焊工艺制作钎焊搭接拉力测试片。测试对照组则选用AWS BAg-8银基焊材，直接钎焊搭接ASTM 630析出硬化型不锈钢B与AMS4914析出硬化型钛合金测试片，其测试结果如表三所示。
  镍基焊料温度条件   银基焊料温度条件 U.T.S(kgf/mm2) δ(mm)
  BNi21060℃/60min   BAg-8810℃/40min   8.82   1.88
N/A   BAg-8810℃/40min 7.06 1.48
(各测试6个式样取平均值)
表三
从表三测试所得数据，ASTM 630析出硬化型不锈钢B经镍基钎焊工艺再搭接AMS 4914析出硬化型钛合金(即二次真空钎焊)的测试组与未经镍基钎焊工艺(即传统的一次焊接)的对照组相比，抗拉强度多25％，延伸行程多27％，显示本发明焊接方式可有效提升单纯以BAg-8钎焊结合钛合金与不锈钢方式的结合强度。
本发明钛合金与不锈钢结合方式并非局限于发明人所提供的材料选择，亦可依照欲接合不锈钢及钛合金的热处理(固溶、淬火)条件选择不同的钎焊材料，以提供最佳设计方案使用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：以真空二次钎焊方式结合钛合金与不锈钢；其中，第一次真空钎焊使用镍基焊材，经高温融化渗入不锈钢的接合面表层，并在不锈钢的接合面表层扩散形成合金化接合面；第二次真空钎焊使用银基焊材，并以不锈钢的合金化接合面与钛合金结合。
2、根据权利要求1所述的钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述镍基焊材采用AWS BNi-2。
3、根据权利要求1所述的钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述银基焊材采用AWS BAg-8。
4、根据权利要求1所述的钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述第一次真空钎焊的温度范围为1000℃～1200℃。
5、根据权利要求1所述的钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述第二次真空钎焊的温度范围为700℃～900℃。
6、根据权利要求1所述的钛合金与不锈钢的焊接方法，其特征在于：所述不锈钢为需要固溶热处理或淬火热处理的不锈钢。
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