CN103567666B - 适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料及制备和钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钎焊技术，涉及对用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的钎料的改进。本发明带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：5%～7%；Cu：14%～15%；Ni：14%～15%；余量为Ti。本发明带状钎料的制备步骤是：按比例称取原料粉末；真空冶炼；制备带状钎料。使用本发明带状钎料的焊接方法是：清洁待焊零件的待钎焊表面；定位带状钎料；零件装配；零件钎焊；冷却。本发明能避免焊接界面易形成金属间化合物，提高了钎焊接头的强度。

Description

适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料及制备和钎焊方法
技术领域
本发明属于钎焊技术，涉及对用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的钎料的改进。
背景技术
钛合金钎焊构件在航空航天领域已得到广泛应用，如钛合金钎焊蜂窝壁板结构在飞机机翼、尾翼、后机身侧壁、发动机舱门等部位都有所应用。Ti2AlNb合金是新型耐高温结构材料，属于金属间化合物，具有低密度、高强度、高刚度的性能特征，该材料的焊接构件在高推重比的发动机内有望代替传统高温合金，起到结构减重的作用。构件的钎焊质量是构件使用性能的关键影响因素之一。目前，钛合金的钎焊材料（以下简称钎料）大致可分为五类：Ag基、Al基、Pd基、Ti基和Ti-Zr基钎料；Ag基和Al基钎料的钎焊界面的抗腐蚀性能较差；Pd基钎料使用温度在1000℃以上，高于钛合金的相变温度导致钛合金性能降低；Ti基和Ti-Zr基钎料的使用温度（在830℃～940℃范围）适中，并可获得组织类型与钛合金接近的钎焊界面，因此，目前广泛采用Ti基和Ti-Zr基钎料作为钛合金钎焊时的钎料。据报道，钎焊Ti2AlNb合金用的钎料为Ti基和Ti-Zr基钎料。
目前，Ti基和Ti-Zr基钎料的缺点是：采用这两种钎料进行钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊时，焊接界面易形成金属间化合物，且在后续焊后热处理中金属间化合物难以去除，因此导致了钎焊接头强度较低。
发明内容
本发明的目的是：提出一种适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料及制备方法，以避免焊接界面易形成金属间化合物，提高钎焊接头的强度。
本发明的技术方案是：适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料，其特征在于：该带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：5%～7%；Cu：14%～15%；Ni：14%～15%；余量为Ti。
如上面所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料的制备方法，其特征在于：制备的步骤如下：
1、备料：按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1700℃～2000℃，保温时间0.5h～1h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1700℃～2000℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.03mm～0.05mm。
使用如上面所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料进行钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙不大于0.1mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：915℃～930℃，保温时间2h～4h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；钎焊Ti2AlNb合金时，加热温度为：950℃～960℃，保温时间2h～4h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。
本发明的优点是：提出了一种适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料及制备方法，能避免焊接界面易形成金属间化合物，提高了钎焊接头的强度。
附图说明
图1是本发明的实施例1焊接TC4钛合金的焊接界面组织照片。
图2是对比例1采用目前的Ti-Zr基钎料焊接TC4钛合金的焊接界面组织照片。
图3是本发明的实施例3焊接Ti2AlNb合金的焊接界面组织照片。
图4是对比例2采用目前的Ti-Zr基钎料焊接Ti2AlNb合金的焊接界面组织照片。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料，其特征在于：该带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：5%～7%；Cu：14%～15%；Ni：14%～15%；余量为Ti。
如上面所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料的制备方法，其特征在于：制备的步骤如下：
1、备料：按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1700℃～2000℃，保温时间0.5h～1h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1700℃～2000℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.03mm～0.05mm。
使用如上面所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料进行钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙不大于0.1mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：915℃～930℃，保温时间15min～4h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；钎焊Ti2AlNb合金时，加热温度为：950℃～960℃，保温时间15min～2h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。
本发明的工作原理是：本发明主要利用Zr元素在钎料中的作用，当Zr元素含量适当时，在Ti-Zr基钎料中Zr元素一方面起到降低钎料熔点的作用，另一方面，Zr元素对钎料具有最佳的固溶强化作用。
实施例1
1、备料：带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：5%；Cu：15%；Ni：15%；余量为Ti。按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1700℃，保温时间0.5h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1700℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.05mm。
使用如上面所述带状钎料进行TC4钛合金钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.05mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：930℃，保温时间4h，真空度为10-3Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温；
6、强度测试：将以上焊接好的TC4合金加工为标准的室温拉伸试样，然后测试试样的抗拉强度，平均强度为887MPa。
对比例1，现有Ti-Zr钎料的化学成份重量百分比为：Zr：37%；Cu：15%；Ni：10%；余量为Ti。采用该钎料进行TC4钛合金的钎焊步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.05mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：930℃，保温时间15min，真空度为10-3Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温；
6、强度测试：将以上焊接好的TC4合金加工为标准的室温拉伸试样，然后测试试样的抗拉强度，平均强度为840MPa。
图1和图2分别为使用本发明的钎料及现有钎料的TC4钛合金钎焊界面组织。
实施例2
1、备料：带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：6%；Cu：14%；Ni：15%；余量为Ti。按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1800℃，保温时间0.8h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1750℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.04mm。
使用如上面所述带状钎料进行TA18钛合金钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.06mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：920℃，保温时间2h，真空度为10-5Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。
实施例3
1、备料：带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：7%；Cu：15%；Ni：14%；余量为Ti。按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1700℃，保温时间1h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1800℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.03mm。
使用如上面所述带状钎料进行Ti2AlNb合金钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.06mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：950℃，保温时间120min，真空度为10-5Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。
6、强度测试：将以上焊接好的TC4合金加工为标准的室温拉伸试样，然后测试试样的抗拉强度，平均强度为885MPa。
对比例2，现有Ti-Zr钎料的化学成份重量百分比为：Zr：37%；Cu：15%；Ni：10%；余量为Ti。采用该钎料进行Ti2AlNb合金的钎焊步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.05mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：930℃，保温时间15min，真空度为10-3Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温；
6、强度测试：将以上焊接好的Ti2AlNb合金加工为标准的室温拉伸试样，然后测试试样的抗拉强度，平均强度为312MPa。
图3和图4分别为使用本发明的钎料及现有钎料的Ti2AlNb合金钎焊界面组织。
实施例4
1、备料：带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：7%；Cu：15%；Ni：15%；余量为Ti。按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1800℃，保温时间1h，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1800℃，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.05mm。
使用如上面所述带状钎料进行Ti2AlNb金钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙为0.06mm；
4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：960℃，保温时间30min，真空度为10-5Pa；
5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。

Claims (3)

1.适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料，其特征在于：该带状钎料化学成份的重量百分比为：Zr：5%～7%；Cu：14%～15%；Ni：14%～15%；余量为Ti。
2.如权利要求1所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料的制备方法，其特征在于：制备的步骤如下：
2.1、备料：按比例称取所需的Zr、Cu、Ni和Ti原料粉末，原料的纯度不小于99.9%，原料的粒度不低于40目；
2.2、真空冶炼：采用真空感应炉将原料粉末进行熔炼，熔炼温度为1700℃～2000℃，保温时间0.5h～1h，真空度不低于10-2Pa，然后浇铸成铸锭，空冷到室温；反复熔炼3次；
2.3、制备带状钎料：采用真空快淬甩带机上的真空感应炉将铸锭熔化，熔化温度为1700℃～2000℃，真空度不低于10-2Pa，然后制成非晶态带状钎料，带状钎料的厚度δ=0.03mm～0.05mm。
3.使用如权利要求1所述的适用于钛合金钎焊和Ti2AlNb合金钎焊的带状钎料进行钎焊的方法，其特征在于：钎焊的步骤如下：
3.1、清洁待焊零件的待钎焊表面；
3.2、定位带状钎料：将一层带状钎料铺在一个待焊零件的待钎焊表面，通过点焊方法将带状钎料定位在待钎焊表面上；
3.3、零件装配：通过夹具将另一个待焊零件的待钎焊表面与铺好带状钎料待焊零件的待钎焊表面贴合，两个待钎焊表面之间的间隙不大于0.1mm；
3.4、零件钎焊：将装配好的两个待焊零件放入真空钎焊炉内，钎焊钛合金时，加热温度为：915℃～930℃，保温时间2h～4h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；钎焊Ti2AlNb合金时，加热温度为：950℃～960℃，保温时间2h～4h，真空度为10-3Pa～10-5Pa；
3.5、冷却：钎焊后随炉冷却到室温。
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