CN103752972B - 使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，通过使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料，并控制钎焊温度、保温时间，从而达到控制接头组织和剪切强度的目的，成功实现了钛合金薄壁零件的连接，并得到了高强度、高钎透率接头，接头的剪切强度达到557MPa～597MPa,钎透率达到95%以上。本发明使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料将钛合金薄壁零件成功连接，将该连接件用于航空航天发动机上，实现了钛合金薄壁零件的高强度、高质量连接，解决了航空航天发动机中的冷端部件普遍存在高重量、耐蚀性差的问题。

Description

使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法
技术领域
本发明涉及一种使用Ti基钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法。
背景技术
钛合金具有密度小、重量轻，在航空航天和其它工业中得到了日益广泛的应用。钛合金热膨胀系数小，导热性低，强度不高，但塑性良好，切削性及耐蚀性佳，在常压下可进行加工。由于钛合金上述优良的性能，使用钛合金材料加工结构零件，用于航空发动机上，如航空发动机的风扇机匣、静子环等，这些零件的厚度在0.6mm～1.0mm之间，基体材料主要为α＋β型钛合金。但是对于钛合金材料的焊接，尤其是薄壁零件，焊接后一般会产生形成金属间化合物，引起接头脆性，并且钎透率低的现象，从而制约着航空钛合金薄壁零件的性能和质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，可以满足焊接使用要求，同时解决接头钎透率低和脆性问题。
本发明的具体的技术方案为，使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法通过以下步骤实现：
1）将钛合金薄壁零件进行钎焊前进行化学清理，彻底去除氧化膜和油污；
2）在4小时内，将钛合金薄壁零件去氢，防止氢与钛作用生成TiH2脆性相，然后将零件放入干净的容器中；
3）将Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉和标准等级钎焊凝胶粘合剂混合得到膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料，将钛合金薄壁零件和待焊部件通过装配夹具安装，并保证焊缝处的间隙在0.01～0.1mm之间，然后将膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料注入并涂均，得到钎焊装配件；
4）将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，加压至5500～6500Pa，然后抽真空至1.0×10-3～1.5×10-3Pa，然后升温至480℃～520℃，保温10min～30min，再升温至870℃～890℃，保温70min～90min，最后升温至钎焊温度920℃～980℃，保温10min～30min，然后随炉冷却至280℃～320℃，再充氩气冷却，出炉；
5）检验。
所述的Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉是按重量百分比50%～60%的Ti粉、20%的Ni粉、15%的Cu粉和5%～15%的Zr粉熔炼得到。
所述的钛合金化学清理方法为：在酸洗槽子中用成份为d=1.36的HNO3250ml/L～320ml/L、d=1.13的HF18ml/L～36ml/L，其余为去离子水混合物进行酸洗；温度为室温，时间为1min～5min，酸洗后，在室温下立即进行时间不少于2min的水洗。
所述的去氢方法为：在真空炉中进行，温度为450℃～500℃，保温4h～6h。
所述的第3）步骤后，可以安装防变形夹具，所述的防变形夹具为石墨材料。
在对薄壁零件进行焊接时，同时对一块钛合金样件随同薄壁零件一起去氢、涂钎料、焊接以得到一个与薄壁零件指标相同的焊缝，所述的钛合金样件的规格为100mm×30mm×(0.6～1.0)mm，涂钎料时，搭接量为25mm。
本发明使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件，通过控制钎焊温度920℃～980℃和保温10min～30min，以控制焊缝厚度和接头中反应相的分布，从而达到控制接头组织和剪切强度的目的，成功实现了钛合金薄壁零件的连接，并得到了高强度、高钎透率接头，接头的剪切强度达到557MPa～597MPa,钎透率达到95%以上；同时，在对薄壁零件进行焊接时，同时对一块钛合金样件随同薄壁零件一起去氢、涂钎料、钎焊以得到一个与薄壁零件指标相同的焊缝，对该焊缝进行检验，可以得到薄壁零件的焊接指标，作为验证薄壁零件焊接质量的依据。本发明使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料将钛合金薄壁零件成功连接，将该连接件用于航空航天发动机上，实现了钛合金薄壁零件的高强度、高质量连接，解决了航空航天发动机中的冷端部件普遍存在高重量、耐蚀性差的问题。
具体实施方式
使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法步骤包括：
1）将钛合金薄壁零件进行钎焊前进行化学清理，彻底去除氧化膜和油污；
2）在4小时内，将钛合金薄壁零件去氢，防止氢与钛作用生成TiH2脆性相，然后将零件放入干净的容器中；
3）将Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉和标准等级钎焊凝胶粘合剂混合得到膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料，将钛合金薄壁零件和待焊部件通过装配夹具安装，并保证焊缝处的间隙在0.01～0.1mm之间，然后将膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料注入并涂均，得到钎焊装配件；
4）将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，加压至5500～6500Pa，然后抽真空至1.0×10-3～1.5×10-3Pa，然后升温至480℃～520℃，保温10min～30min，再升温至870℃～890℃，保温70min～90min，最后升温至钎焊温度920℃～980℃，保温10min～30min，然后随炉冷却至280℃～320℃，再充氩气冷却，出炉；
5）检验。
所述的Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉是按重量百分比50%～60%的Ti粉、20%的Ni粉、15%的Cu粉和5%～15%的Zr粉熔炼得到。
所述的钛合金化学清理方法为：在酸洗槽子中用成份为d=1.36的HNO3250ml/L～320ml/L、d=1.13的HF18ml/L～36ml/L，其余为去离子水混合物进行酸洗；温度为室温，时间为1min～5min，酸洗后，在室温下立即进行时间不少于2min的水洗。
所述的去氢方法为：在真空炉中进行，温度为450℃～500℃，保温4h～6h。
所述的第3）步骤后，可以安装防变形夹具，所述的防变形夹具为石墨材料。
在对薄壁零件进行焊接时，同时对一块钛合金样件随同薄壁零件一起去氢、涂钎料、焊接以得到一个与薄壁零件指标相同的焊缝，所述的钛合金样件的规格为100mm×30mm×(0.6～1.0)mm，涂钎料时，搭接量为25mm。
实施例1
某发动机叶片与环子的焊接，叶片和环子都为薄壁件，叶片厚度为，环子厚度为0.8mm，要求焊接后钎透率为85%以上，对其进行焊接的步骤为：
1）将零件进行钎焊前进行化学清理，彻底去除氧化膜和油污，所述的化学清洗为：在酸洗槽子中用成份为d=1.36的HNO3285ml/L、d=1.13的HF27ml/L，其余为去离子水混合物进行酸洗；温度为室温，时间为3min，酸洗后，在室温下立即进行2min的水洗
2）在4小时内，将钛合金薄壁零件和钛合金试件一起去氢，防止氢与钛作用生成TiH2脆性相，然后将零件放入干净的容器中；所述的去氢方法为：在真空炉中进行，温度为475℃，保温5h；所述的钛合金试件的规格为100mm×30mm×1.0mm；
3）将Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉和标准等级钎焊凝胶粘合剂混合得到膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料，将钛合金薄壁零件和待焊部件通过装配夹具安装，并保证焊缝处的间隙在0.08mm之间，然后将膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料注入并涂均，得到钎焊装配件，然后在钎焊装配件上安装防止变形的石墨夹具；同时将钛合金样件涂钎料，搭接量为25mm。所述的Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉是按重量百分比57%的Ti粉、20%的Ni粉、15%的Cu粉和8%的Zr粉熔炼得到；
4）将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，加压至6000Pa，然后抽真空至1.3×10-3Pa，然后升温至500℃，保温10min，再升温至880℃，保温80min，最后升温至钎焊温度960℃，保温20min，然后随炉冷却至300℃，再充氩气冷却，出炉；
5）检验。对钛合金样件进行检验，指标为：钎透率达到95%以上，接头剪切强度达到571MPa。
结论：合格。

Claims (8)

1.一种使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
1）将钛合金薄壁零件进行钎焊前进行化学清理，彻底去除氧化膜和油污；
2）在4小时内，将钛合金薄壁零件去氢，防止氢与钛作用生成TiH2脆性相，然后将零件放入干净的容器中；
3）将Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉和标准等级钎焊凝胶粘合剂混合得到膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料，将钛合金薄壁零件和待焊部件通过装配夹具安装，并保证焊缝处的间隙在0.01～0.1mm之间，然后将膏状Ti-Cu-Ni-Zr钎料注入并涂均，得到钎焊装配件；
4）将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，加压至5500～6500Pa，然后抽真空至1.0×10-3～1.5×10-3Pa，然后升温至480℃～520℃，保温10min～30min，再升温至870℃～890℃，保温70min～90min，最后升温至钎焊温度920℃～980℃，保温10min～30min，然后随炉冷却至280℃～320℃，再充氩气冷却，出炉；
5）检验。
2.如权利要求1所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的Ti-Cu-Ni-Zr钎料粉是按重量百分比50～60%的Ti粉、20%的Ni粉、15%的Cu粉和5～15%的Zr粉熔炼得到。
3.如权利要求1所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的钛合金化学清理方法为：在酸洗槽子中用成份为d=1.36的HNO3250～320ml/L、d=1.13的HF18～36ml/L，其余为去离子水混合物进行酸洗；温度为室温，时间为1～5min，酸洗后，在室温下立即进行时间不少于2min的水洗。
4.如权利要求1所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的去氢方法为：在真空炉中进行，温度为450～500℃，保温4～6h。
5.如权利要求1所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的第3）步骤后，可以安装防变形夹具。
6.如权利要求5所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的防变形夹具为石墨材料。
7.如权利要求1所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的对薄壁零件进行焊接时，同时对一块钛合金样件随同薄壁零件一起去氢、涂钎料、钎焊以得到一个与薄壁零件指标相同的焊缝。
8.如权利要求7所述的使用Ti-Cu-Ni-Zr钎料钎焊钛合金薄壁零件的方法，其特征是，所述的钛合金样件的规格为100×30×(0.6～1.0)mm，涂钎料时，搭接量为25mm。
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