CN102672331A - 电阻焊制备ta2/q235复合板的方法及焊接材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法，在TA2待焊板材与Q235待焊板材之间放置折叠过的中间层合金箔材，采用电阻点焊方式进行焊接操作，实现TA2/Q235板材的焊接。本发明还公开了上述的中间层合金及其制备方法，由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%。本发明的方法，方便易行，适应性广；本发明的焊接材料具有优良的强度、韧性及耐蚀性能，不易形成脆性金属间化合物相，易于获得高性能的钛－钢复合结构；该焊接材料的制备步骤简单，制作成本低。

Description

电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法及焊接材料

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法，本发明还涉及该方法所使用的焊接材料及其制备方法。

背景技术

钛及其合金比强度高，耐蚀性能好，是重要的宇航结构材料。但因钛金属价格较高，限制了其进一步的发展应用。钢的价格低廉，具有良好的热电性能及力学性能。在某些情况下，需要兼有钛合金与不锈钢的优良特性的异种材料连接件，如核动力装置中核燃料后处理设备中的某些零件、卫星燃料喷注器及姿态推动控制***中的部件等，近来又在尝试用作海洋结构件如跨海大桥的桥柱及超大型浮式海洋结构的防腐蚀衬板，衬板几乎都是用钛包覆钢。钛－钢复合结构价格相当于钛材的25~35%。钛－钢复合结构既充分发挥基层和覆层各自材料的优点，也是节约贵金属最好的途径，在提高材料利用率、减轻结构重量、降低成本等方面具有明显的社会效应和经济效应，具有广阔的应用前景。

然而，钛－钢复合结构的应用势必涉及到钛与钢的焊接问题。由于钛和钢之间的线膨胀系数、热导率等物理和化学性能存在较大差异，焊接过程中极易形成裂纹，焊缝形成大量硬脆的金属间化合物（TiFe、TiFe₂）及钛与碳生成脆性化合物TiC，焊接接头强度较低。钛与钢的焊接难度较大。钛/钢焊接难题多年来一直未能得到有效地解决，制约了钛－钢复合结构在工程领域的推广及广泛应用。

目前，研究钛/钢焊接的主要方法是熔化焊、压力焊(包括扩散焊和***焊)和钎焊。这几种方法均能将钛/钢焊在一起，但上述方法或因焊接工艺很难以控制、或因脆性金属间化合物导致接头性能不佳而使其不能广泛应用于工业生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法，解决了现有技术或因焊接工艺很难以控制、或因脆性金属间化合物导致接头性能不佳的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种上述方法所使用的焊接材料。

本发明的第三个目的在于提供一种上述焊接材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法，在TA2待焊板材与Q235待焊板材之间放置折叠为多层的中间层合金箔材，采用电阻点焊方式进行焊接操作，实现TA2/Q235板材的焊接；所述的中间层合金，由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al 20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种上述的方法所用的焊接材料，由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al 20~25%，Ni30~35%，Cu 30~35%，合计100%。

本发明所采用的第三个技术方案是，一种上述的焊接材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、利用真空电弧炉熔配母合金

按原子百分比称量好以下各种高纯金属，Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%；将称量好的组分混匀、压实成坯待用；将制成的坯料在真空电弧炉中进行熔配，制得母合金；

步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-8m/s，将上步得到的母合金制备成中间层合金箔材，所制备得到的中间层合金箔材厚度为100~200μm，宽3~7mm，长0.5~1.0m，即成。

本发明的有益效果是，该中间层高熵化电阻焊方法，焊接过程方便易行，焊接对象适应性广；本发明的中间层焊接材料具有优良的强度、韧性及耐蚀性能，不易形成脆性金属间化合物相，易于获得高性能的钛－钢复合结构，易于加工成型，便于焊接装配；该中间层焊接材料的制备方法步骤简单，容易操作，制作成本低，便于推广。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法是：在两块待焊板材（TA2待焊板材与Q235待焊板材）之间放置折叠过的中间层合金箔材，（即一定厚度的经过严格成分设定的中间层合金），采用电阻点焊方式进行焊接操作，使得界面电阻热熔化中间层合金及局部母材，熔化金属相混融，其熔融金属处在中间层合金成分范围，凝固后形成具有单相固溶体结构、而无金属间化合物产生的高熵焊接焊缝（熔核），实现TA2/Q235板材的高性能焊接。

本发明方法中所使用的中间层合金（焊接材料），由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al 20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%。该中间层合金本身为高墒合金，其熔点高于母材，与传统电阻钎料原理不同。焊后所形成的焊缝金属亦为高墒合金，只是焊缝中的Ti、Fe含量显著高于中间层合金。

在本发明的中间层合金成分中，对各化学元素的组成及含量限定理由是：

为了提高TA2/Q235接头的综合力学性能，中间层合金主元选择Ti-FeCu-Ni-Al五主元系合金。主要原因有三点：①焊接过程中母材熔化并向中间层熔化形成的液态熔池中的溶解不可避免，为预防焊缝产生脆性金属间化合物起见，中间层须含有Ti、Fe等主元；②为了获得具有单相fcc固溶体微结构的高性能焊缝，中间层合金中须添加Cu、Ni作为主要组元；③通过在合金中添加Al元素，形成中间层合金，改善焊缝与钛母材的熔合性。

本发明焊接方法中所使用的中间层合金的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1、利用超高真空电弧炉熔配母合金：

按原子百分比称量好以下各种高纯金属，Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%，将上述的原子百分比换算成质量百分比，按质量百分比称量好各种高纯金属；所有各种高纯金属的纯度均高于99.99%，将称量好的组分混匀、压实成坯待用；将制成的坯料在真空电弧炉中进行熔配，制得母合金；

步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-8m/s，将上步得到的母合金制备成中间层合金箔材，所制备得到的中间层合金箔材厚度为100~200μm，宽3~7mm，长0.5~1.0m，即成。

使用上述制备的中间层合金箔材焊接TA2与Q235的试样接头，装配时先将折叠好的箔材置于待焊TA2板与Q235板之间，（箔材叠成复层，具体层数视箔材厚度而定），然后按照常规电阻点焊方法对装配好了的接头进行焊接。使用本发明的中间层合金箔材进行TA2板与Q235板材实施电阻点焊，与现有点焊工艺操作条件相似，工艺简单，操作方便。表1中列举了中间层合金实施例1~3中的各个组分含量。表2中列举了使用实施例1~3焊后所获得的焊缝金属的各主元含量。

表1中间层合金实施例1~3中的各个组分含量表

表2使用实施例1~3焊后所获得的焊缝金属的各主元含量表

实施例1

依照表1中的数据选取各组分元素含量，并按照上述步骤制备出厚度为150μm，宽5mm，长0.5m的Ti5Fe5Al30Ni30Cu30中间层中间层合金箔材。

应用折叠过的中间层合金箔材作为中间层，对TA2与Q235进行电阻点焊，获得焊接接头的拉剪强度约281MPa。

实施例2

依照表1中实施例2的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在5m/s，制备出厚约130μm，宽约5mm，长约0.8m的Ti10Fe10Al20Ni30Cu30中间层合金箔材。应用折叠过的中间层合金箔材作为中间层，对TA2与Q235进行电阻点焊，获得焊接接头的拉剪强度约298MPa。

实施例3：按照上述实施例1的步骤，依照表1中实施例2的数据选取各组分元素及含量，将辊面线速度控制在5m/s，制备出厚约130μm，宽约5mm，长约0.8m的Ti8Fe7Al20Ni35Cu30中间层合金箔材。应用折叠过的中间层合金箔材作为中间层，对TA2与Q235进行电阻点焊，获得焊接接头的拉剪强度约296MPa。

综上所述，本发明的中间层合金，柔韧性能好，便于加工和装配；在焊接时与钛和合金钢的匹配性好、焊缝（熔核）为单相fcc固溶体组织，接头综合机械性能显著提高；该种中间层合金箔材的制备方法，工艺简单，制作成本低，便于推广。

Claims (5)

1.一种电阻焊制备TA2/Q235复合板的方法，其特征在于：在TA2待焊板材与Q235待焊板材之间放置折叠为多层的中间层合金箔材，采用电阻点焊方式进行焊接操作，实现TA2/Q235板材的焊接；

所述的中间层合金，由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe5~10%，Al 20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的中间层合金的箔材厚度为100~200μm，宽3~7mm，长0.5~1.0m。

3.一种权利要求1所述的方法所用的焊接材料，其特征在于，由以下组分按原子百分比组成：Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al 20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%。

4.一种权利要求3所述的焊接材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1、利用真空电弧炉熔配母合金

按原子百分比称量好以下各种高纯金属，Ti 5~10%，Fe 5~10%，Al20~25%，Ni 30~35%，Cu 30~35%，合计100%；将称量好的组分混匀、压实成坯待用；将制成的坯料在真空电弧炉中进行熔配，制得母合金；

步骤2、应用单辊快速凝固装置，将辊轮线速度控制在5-8m/s，将上步得到的母合金制备成中间层合金箔材，所制备得到的中间层合金箔材厚度为100~200μm，宽3~7mm，长0.5~1.0m，即成。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1中的所有各种高纯金属的纯度均高于99.99%。