[发明专利]一种钛金属材料与铜或铜合金高强度电子束焊接工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛金属材料与铜或铜合金焊接工艺，具体涉及一种钛金属材料与铜或铜合金高强度电子束焊接工艺，属于异种难焊金属焊接技术领域。

背景技术

航空航天业的发展对新一代发动机的性能提出了更高指标，要求发动机推力室工作压力和温度大幅度提高，同时还要提高发动机自身的推重比，进一步增强其快捷机动性能。采用钛合金取代钢质体与铜合金相连接用于发动机推力室身部制造，可实现局部减重10-15％，满足新一代液氧煤油大推力火箭发动机及高空分导发动机的高性能需求。此外，在核动力装置中的核燃料后处理设备、卫星燃料喷注器及姿态推动控制系统中的部件、及医疗设备等也经常用到钛合金与铜合金的复合构件。采用焊接技术实现钛合金与铜合金的连接是最可靠的。对于钛合金与铜合金的焊接，由于熔化焊时接头产生大量连续分布的脆性金属间化合物，使得接头强度低，塑性差。而钎焊、扩散焊、摩擦焊接头则在使用中受到强度、接头形式、使用条件以及生产效率的限制，不能满足使用要求。电子束焊接作为一种高能量密度的熔化焊接方法，由于焊缝深宽比大，焊缝尺寸小，能够控制接头金属的熔合比，便于通过预置过渡金属，实现焊缝合金化，易于对厚板进行焊接，是最具有应用前景的钛和铜的熔化焊方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决钛金属材料与铜或铜合金焊接的接头中存在脆性化合物，接头强度低和塑性差的问题，进而提供一种钛金属材料与铜或铜合金高强度电子束焊接工艺。

本发明的技术方案是：一种钛金属材料与铜或铜合金高强度电子束焊接工艺的步骤为：

步骤一、制作填充材料，在专用模具内，填装钒粉和铜粉均匀混合的粉末，混合粉末中钒粉的质量百分比为20-70％，余量为铜粉，混合粉末在压力机冲头的作用下冷压成形，压力为500-700Mpa，压制后填充层金属厚度为0.5-2.0mm，将压制成形的填充层放入真空加热炉中，在温度830-970℃，保温时间1-6h进行扩散处理，制成填充层，所述填充层为钒铜合金层；

步骤二、在钛金属材料与铜或铜合金对接缝内预置钒铜合金层，并用TIG点焊固定，使钒铜合金层的中间断面与对接面之间的距离低于0.15mm，点焊固定后进行超声波清洗，再进行酸洗，待干燥后用夹具固定并置于真空电子束焊接真空室内；

步骤三：待真空室真空度达到4.5×10^-5Pa时，采用电子束进行焊接，焊接时束流作用点位于钒铜合金层上，且束流作用点到钒铜合金层与钛金属材料接触面之间的距离为0.2-2.0mm，焊接参数：加速电压为50-60KV，聚焦电流为2400-2500mA，束流为10-30mA。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明通过在钛金属材料与铜或铜合金对接缝内预置钒铜合金层，消除了接头中存在的脆性化合物，提高了接头强度和塑性，接头的抗拉强度达到300-400MPa。采用本发明方法实施的焊接接头内部无裂纹，焊缝平滑。本发明还具有工艺简单和易控制的优点。

附图说明

图1是填充材料冷压成形过程示意图(图中P为压力，1为专用模具，2为压力机冲头2，3为钒铜合金层)，图2是在钛金属材料与铜或铜合金对接缝内预置钒铜合金层的示意图(图中3为钒铜合金层、4为钛金属材料、5为铜或铜合金)，图3是电子束流作用位置示意图(图中3为钒铜合金层、4为钛金属材料、5为铜或铜合金)，图4是实施例1的近钛侧焊缝区显微组织形貌图，图5是实施例1的近铜侧焊缝区显微组织形貌图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种钛金属材料与铜或铜合金高强度电子束焊接工艺的步骤为：

步骤一、制作填充材料，在专用模具1内，填装钒粉和铜粉均匀混合的粉末，混合粉末中钒粉的质量百分比为20-70％，余量为铜粉，混合粉末在压力机冲头2的作用下冷压成形，压力为500-700Mpa，压制后填充层金属厚度为0.5-2.0mm，将压制成形的填充层放入真空加热炉中，在温度830-970℃，保温时间1-6h进行扩散处理，制成填充层，所述填充层为钒铜合金层3；

步骤二、在钛金属材料4与铜或铜合金5对接缝内预置钒铜合金层3，并用TIG点焊固定，使钒铜合金层3的中间断面与对接面之间的距离低于0.15mm，点焊固定后进行超声波清洗，再进行酸洗，待干燥后用夹具固定并置于真空电子束焊接真空室内；