[发明专利]TiAl/Ti3Al异种材料电子束焊接热循环复合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及TiAl和Ti₃Al异种材料电子束焊接方法，属于金属间化合物焊接领域。

背景技术

目前在发动机研究方面的一个重点是采用新型材料替代传统的Ti合金和Ni基高温合金，以增加发动机的推重比并提高高温使用性能。TiAl金属间化合物密度低，弹性模量高，并且具有良好的高温强度、抗蠕变和抗氧化能力，相比于传统的高温合金来说TiAl金属间化合物使用温度可提高到750℃～950℃，而密度仅为Ni基高温合金的一半，是一种很有应用前景的高温结构材料，可应用于汽车或航空发动机的高温部件，如叶片、涡轮盘、尾喷管和气门阀等。对于在工程实际中应用TiAl金属间化合物，必须成功地开发出其连接技术，国内外研究结果表明，固态连接如钎焊、扩散焊、摩擦焊等被认为是较为有效的连接技术，但往往受连接形式和使用温度的限制，并且较多地采用搭接接头使焊接结构复杂，难以实现轻量化。因此有必要对TiAl金属间化合物的熔焊进行深入研究，尤其是真空条件下高能电子束焊接技术的开发。从成本和可靠性方面来看整体采用TiAl金属间化合物是不现实的，其往往用于重要部位，因而异种材料连接不可避免地发挥重要作用。但是，TiAl金属间化合物最突出的问题是γ-TiAl本身滑移系较少，位错运动和增殖困难，室温塑性低及变形能力差。电子束焊接时的快速热循环使接头的组织变差，并且容易造成较大的热致应力，因而极易形成冷裂纹。而Ti₃Al金属间化合物电子束焊接性良好，其自身电子束焊接时接头无裂纹产生，但TiAl/Ti₃Al异种材料电子束焊接时接头TiAl一侧仍产生裂纹，目前国内外解决这一问题的合理方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决TiAl/Ti₃Al异种材料电子束焊接容易产生宏观冷裂纹问题。

TiAl/Ti₃Al异种材料电子束焊接热循环复合控制方法，它的焊接对象是两块厚度为0.8mm～5.0mm的板状物，具体步骤为：

步骤一、将已经去除内部应力、待焊面平整清洁的TiAl和Ti₃Al板材用夹具固定之前，在焊机夹具底座和每个焊接对象之间分别固定一块隔热板；

步骤二、对焊接对象实施夹紧，所述夹具仅在焊接对象与待焊缝平行的方向施加夹紧力；

步骤三、在5×10^-2Pa至5×10^-4Pa的大气压下，采用散焦对待焊缝及其周围部分进行往复扫描预热，加速电压为50kV～55kV，聚焦电流3370mA，束流为2mA～12mA，扫描速度为2mm/s～10mm/s；

步骤四、步骤三完成之后，立即进行焊接，加速电压与步骤三相同，聚焦电流为2590mA，束流为3mA～50mA，焊接速度为2mm/s～15mm/s；

步骤五、步骤四完成之后，立即采用散焦对焊缝进行后热，加速电压与步骤三相同，聚焦电流为3370mA，束流为12mA～lmA，扫描速度为2mm/s～20mm/s。

当焊接对象是厚度为0.8mm～2.0mm的板状物时，于它的焊接方法为：

步骤一、将已经去除内部应力、待焊面平整清洁的TiAl和Ti₃Al板材用夹具固定之前，在焊机夹具底座和每个焊接对象之间分别固定一块隔热板；

步骤二、对焊接对象实施夹紧，所述夹具仅在焊接对象的与待焊缝平行的方向施加夹紧力；

步骤三、在5×10^-2Pa至5×10^-4Pa的大气压下，采用散焦对待焊缝进行往复扫描、两级预热，每级分别采用2mA的束流从待焊缝的一端扫描到另一端；加速电压为50kV～55kV，聚焦电流3370mA，扫描速度为2mm/s～10mm/s；

步骤四、步骤三完成之后，立即进行焊接，加速电压与步骤三相同，聚焦电流为2590mA，采用2mA～8mA的束流、5mm/s～15mm/s的焊接速度对焊接部位进行焊接；

步骤五、步骤四完成之后，立即采用散焦对焊缝进行四级后热，每级分别采用4mA、4mA、2mA、2mA的束流从焊缝的一端扫描到另一端，加速电压与步骤三相同，聚焦电流为3370mA，扫描速度为2mm/s～20mm/s。

TiAl/Ti₃Al异种材料电子束焊接热循环复合控制方法，它的焊接对象为两根壁厚为0.8mm～3.5mm的TiAl和Ti₃Al管材，焊接的焊缝为环形焊缝，具体步骤为：