[发明专利]用铌中间层的耐高温钛合金和不锈钢过渡接头的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温钛合金和不锈钢过渡接头的制作方法。

背景技术

随着技术的发展，对材料的综合性能提出了更高的要求，如高强度、耐腐蚀性、导电性和导热性、高温强度、耐磨性以及降低成本等要求。单一金属或合金通常难以保证同时拥有所需的一系列性能，这样的材料可以通过在后续的加工中保持可靠连接的异种金属的复合接头来实现，其中尤以双金属复合板的应用最为广泛。

钛及钛合金以其比强度高、耐高温、耐腐蚀而具有极大的应用价值，但是由于冶炼困难使得其单位成本远高于常见的结构材料铝、镁、钢等，限制了其进一步的应用。不锈钢是最常见的结构材料之一，虽然比强度和在核辐射条件下的性能不如钛合金，但是其强度高，塑性较好，成本低，是应用最为广泛的结构材料之一。

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，而且二者的熔点均在1500℃以上，属于难熔材料，在高温下二者容易反应形成硬度高、脆性大的σ相以及Fe-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，焊接难度较大。

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、爆炸焊等方法，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，这些方法或者需要在真空条件下进行因而受到真空室尺寸的限制，或者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，采用钛合金与不锈钢的过渡接头可以很好的解决上述问题，从而方便、高效、高质量、低成本的实现钛合金与不锈钢的大尺寸构件的连接，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。

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系统。

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

(1)过渡接头的整体厚度和焊接板材的相对厚度受到较大限制，由于受到方法自身的限制爆炸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)爆炸焊接时采用中间层材料的工艺过程较为复杂，通常需要二次爆炸连接；

(3)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。

发明内容

本发明的目的是为解决现有爆炸焊接的过渡接头其爆炸焊接时采用中间层材料的工艺过程较为复杂，通常需要二次爆炸连接，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的问题，提供一种用铌中间层的耐高温钛合金和不锈钢过渡接头的制作方法。

本发明的制作方法按以下步骤实现：一、采用厚度为0.1～0.5mm的纯铌箔作为中间层材料，钛合金板和不锈钢板的厚度分别为1～20mm，钛合金板和不锈钢板的长度分别为100～1000mm，钛合金板和不锈钢板的宽度分别为50～120mm；二、焊前分别将钛合金板和不锈钢板的上下表面铣平；三、轧制之前钛合金板、不锈钢板和铌箔都要进行酸洗，钛合金的酸洗液按重量比由HF:H₂O＝1:3～7混合而成，不锈钢的酸洗液按重量百分比HF 5％～10％、HNO₃ 10％～15％和H₂O 75～85％混合而成，铌的酸洗液按重量比由HF:HNO₃＝1:4～5混合而成；四、酸洗之后的板材按照钛合金-铌-不锈钢的顺序叠放在一起构成三层金属板；五、将夹有纯铌箔的钛合金板和不锈钢板三层金属板的任意一端钻孔用铆钉固定或者采用点焊的方法固定；六、将装配好的试件在真空室中加热并轧制形成连接，轧制温度为800～1000℃，压缩率为20％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s；七、轧后的试件在真空室中冷却至200℃以下后取出，将取出的轧制复合板加工成管状或者是板状，即获得所需要的过渡接头。