CN101391263A

CN101391263A - 一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法

Info

Publication number: CN101391263A
Application number: CNA2008100647586A
Authority: CN
Inventors: 赵东升; 闫久春; 刘立恒; 陈端良; 杨士勤
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-03-25

Abstract

一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，它涉及一种用于焊接异质难熔金属材料的过渡接头的制造方法。针对大尺寸钛合金和不锈钢构件直接焊接难度大、操作复杂且受场地和设备限制问题。方法是：将不锈钢板(1)和钛合金板(2)的连接表面铣平并叠放在一起，将镍箔(3)夹在其中固定构成三层金属试件，将三层金属试件放入真空室中加热并轧制连接，轧制温度为700～900℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，三层金属试件在真空室中冷却至200℃以下时取出。本发明的制造方法简单，使用本发明的过渡接头连接大尺寸的钛合金和不锈钢构件，焊接工艺简单，操作方便，不受场所限制。

Description

一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于焊接异质难熔金属材料的过渡接头的制造方法。

背景技术

钛合金与不锈钢的复合接头能够发挥二者优异的综合性能，在航空航天、核能、汽车、医疗和石油化工行业中有着广阔的应用前景。但是钛合金和不锈钢熔点均在1500℃以上，都属于难熔材料，焊接难度较大。TIG焊(钨极氩弧焊)操作简单，成本低，适用范围广，但是在钛合金与不锈钢的TIG熔化焊接时的焊接温度很高，二者的物理性能尤其是线膨胀系数存在较大的差异。因此在焊接的高温条件下会形成较大的焊接应力，这就使得焊接时容易产生开裂的现象，另外在高温下二者容易反应形成硬度高、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金属间化合物导致接头脆化，使得接头的连接强度急剧下降，因此难以直接通过TIG焊的方法来实现钛合金与不锈钢的高质量的连接。

目前应用于钛合金与不锈钢的连接方法主要有钎焊、扩散焊、***焊等方法。但是对于核反应堆等应用领域中所使用的大尺寸的钛合金和不锈钢的构件的连接来说，由于钎焊和扩散焊需要在真空条件下进行，因而受到真空室尺寸的限制，而***焊接受到焊接场地的特殊要求的制约，都难以直接应用，所以在这些应用领域中需要通过间接的方法来实现二者的连接。

过渡接头是指在异种金属的焊接中，为解决异种金属焊接的困难而用别的焊接方法制成的异种金属的中间过渡连接件。这种连接件由两种或多种金属组成，它是用能够焊接这些不同材料的方法事先焊接而成，然后再将其两端分别与各自相同的金属材料再焊接，从而形成一个完整的***。采用钛合金与不锈钢的过渡接头就可以方便高效地实现钛合金和不锈钢的大尺寸构件的高强度连接，对焊接场地和焊接气氛没有特殊的要求，从而可以在应用中取得很好的效果。

目前应用于钛及钛合金与不锈钢焊接的过渡接头主要是***焊接的过渡接头，但是，这种***焊接过渡接头存在下列问题：

(1)过渡接头的整体厚度不大，由于受到方法自身的限制***焊接对于薄板的焊接应用情况较好，但是对于厚板的焊接较为困难，而且对两种材料的相对厚度有限制，基板不能太薄，覆板不能太厚。(2)连接界面形成了界面波，在焊接过程中连接材料表面发生了强烈的塑性变形，连接界面组织和性能不均匀，在腐蚀环境下应用容易开裂。(3)***焊接时采用中间层材料的工艺过程较为复杂，通常需要二次***连接。

为此有必要发明一种制造新型的钛合金与不锈钢的过渡接头的方法，这种方法制造的过渡接头的形式多样，厚度可以在较大的范围内变化，钛合金和不锈钢的相对厚度可以根据需要进行设计，而且连接界面的组织和性能比较均匀，能够在腐蚀条件下长期应用，过渡接头自身具有较高的抗拉强度，在与钛合金和不锈钢TIG焊接之后过渡接头仍然能够保持较高的连接强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，它可以解决大尺寸钛合金和不锈钢构件直接焊接难度大、操作复杂而且受到场地和设备限制的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的过渡接头的制造方法是这样完成的：一、取不锈钢板、钛合金板和镍箔待用，先分别将不锈钢板和钛合金板的连接表面铣平，再将不锈钢板、钛合金板和镍箔酸洗，然后将不锈钢板和钛合金板叠放在一起，将镍箔夹在不锈钢板和钛合金板的中间固定构成三层金属试件；二、将上述所述三层金属试件放入真空室中加热并轧制，使不锈钢板、镍箔和钛合金板三者连接在一起，轧制温度为700～900℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的三层金属试件在真空室中冷却至200℃以下时取出，并加工成板状或管状形状。

本发明的有益效果是：一、利用本发明的方法制成的过渡接头连接强度高，抗拉强度可达到400MPa以上，在与钛合金和不锈钢构件TIG焊接之后连接强度可达到350MPa以上。二、选用的中间层材料没有引入母材成分以外的元素，不降低过渡接头的耐腐蚀性。三、使用过渡接头连接大尺寸的钛合金和不锈钢构件，焊接工艺简单，操作方便，不受场所限制，适用范围广。四、过渡接头连接界面处组织和性能比较均匀，基本没有空洞和微裂纹等缺陷，能够在腐蚀环境下应用。五、过渡接头与钛合金和不锈钢构件的焊接可以在大气环境下进行，不必在真空中进行，成本较低。六、过渡接头的形式多样，可以焊接不同形式的钛合金和不锈钢构件。七、过渡接头中钛合金板和不锈钢板的相对厚度可以根据实际需要来选择，过渡接头与钛合金和不锈钢构件的焊接过程不受场地的限制，能够满足实际生产需求。

附图说明

图1是板状过渡接头与钛合金和不锈钢构件采用TIG焊接的示意图，图2是管状过渡接头的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的过渡接头的制造方法是这样完成的：一、取不锈钢板1、钛合金板2和镍箔3待用，先分别将不锈钢板1和钛合金板2的连接表面铣平，再将不锈钢板1、钛合金板2和镍箔3酸洗，可清除连接材料表面的氧化膜和吸附的杂质，

本实施方式中的镍箔3、不锈钢板1和钛合金板2通过两个铆钉固定在一起构成三层金属试件，铆钉的两端与不锈钢板1和钛合金板2的表面相平。

本实施方式中的过渡接头的总厚度为2～40mm。在钛合金板与不锈钢板的轧制连接之前，用电火花线切割的方法切割钛合金板与不锈钢板成所需尺寸，用铣床将钛合金板和不锈钢板的连接表面铣平，并在钛合金板和不锈钢板上钻两个孔，用来放置起固定作用的铆钉，从而防止轧制过程中轧制板材的分离。

本实施方式中，使用液压式万能试验机将铆钉压入试件，铆钉被压缩后截面积膨胀从而固定轧制焊接的板材，避免其在轧制过程中在轧制力的作用下分开。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式在步骤一中，所述镍箔3的厚度为0.1～0.5mm，钛合金板2和不锈钢板1的厚度均为1～20mm，钛合金板2和不锈钢板1的长度和宽度均为(100～1000)mm×(50～120)mm。镍箔的厚度在上述范围内，可避免钛合金板与不锈钢板直接连接时形成硬度高、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金属间化合物。采用镍箔作为中间层材料可以避免钛合金板与不锈钢板之间的高硬度、脆性大的Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金属间化合物的形成，而且由于镍箔的塑性较好，塑性变形抗力比钛合金板和不锈钢板低，所以在轧制过程中能够促进连接界面的紧密接触从而有利于形成高强度的连接。镍的耐腐性较好，在不锈钢中含有合金元素镍，因此采用镍作为中间层材料没有引入母材以外的化学成分。此外，镍在过渡接头中的存在也可以使得过渡接头在使用的过程中能够经受焊接热循环的考验，避免在过渡接头与钛合金构件和不锈钢构件焊接过程中，母材之间的元素扩散和Fe-Ti和Fe-Cr-Ti金属间化合物的形成，保证过渡接头能够在较高的焊接温度下使用，在与钛合金和不锈钢构件TIG焊接之后仍然能够保持较高的强度。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式在步骤二中的轧制温度为800℃，压缩率为25％，轧制速度为0.1m/s。所制成的过渡接头的连接强度和抗拉强度高。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式是本发明的一个具体实施例：本实施方式的制造方法是这样完成的：采用厚度为0.1～0.5mm的镍箔3作为中间层材料，钛合金板2和不锈钢板1的厚度分别为1～20mm，二者的相对厚度可以根据需要选择，钛合金板2和不锈钢板1的长度分别为100～1000mm、宽度分别为50～120mm，焊前钛合金板2和不锈钢板1的连接表面铣平，板上钻孔用铆钉固定防止焊接过程中连接材料分离，或者采用点焊的方法固定，轧制之前钛合金板2、不锈钢板1和镍箔3都要进行酸洗以去除连接表面的油污和影响连接的杂质，酸洗之后的板材按照钛合金—镍—不锈钢的顺序叠放在一起构成三层金属试件，将装配好的三层金属试件在真空室中加热并轧制形成连接，轧制温度为700～900℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧后的三层金属试件在真空中冷却至200℃以下后取出，根据所需的形式对三层金属试件进行机械加工以获得具有所需形状和尺寸的过渡接头。

Claims

1、一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，其特征在于所述过渡接头的制造方法是这样完成的：一、取不锈钢板(1)、钛合金板(2)和镍箔(3)待用，先分别将不锈钢板(1)和钛合金板(2)的连接表面铣平，再将不锈钢板(1)、钛合金板(2)和镍箔(3)酸洗，然后将不锈钢板(1)和钛合金板(2)叠放在一起，将镍箔(3)夹在不锈钢板(1)和钛合金板(2)的中间固定构成三层金属试件；二、将上述所述三层金属试件放入真空室中加热并轧制，使不锈钢板(1)、镍箔(3)和钛合金板(2)三者连接在一起，轧制温度为700～900℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的三层金属试件在真空室中冷却至200℃以下时取出，并加工成板状或管状形状。

2、根据权利要求1所述的一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，其特征在于步骤一中，所述镍箔(3)的厚度为0.1～0.5mm，钛合金板(2)和不锈钢板(1)的厚度均为1～20mm，钛合金板(2)和不锈钢板(1)的长度和宽度均为(100～1000)mm×(50～120)mm。

3、根据权利要求1所述的一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，其特征在于步骤一中，所述镍箔(3)、不锈钢板(1)和钛合金板(2)通过两个铆钉固定在一起构成三层金属试件，铆钉的两端与不锈钢板(1)和钛合金板(2)的表面相平。

4、根据权利要求1所述的一种用于焊接钛合金与不锈钢构件的过渡接头的制造方法，其特征在于步骤二中的轧制温度为800℃，压缩率为25％，轧制速度为0.1m/s。