[发明专利]非连续增强钛基复合材料的氩弧焊焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其是钛基复合材料的二次加工技术中的材料连接技术领域，特别涉及一种非连续增强钛基复合材料的氩弧焊焊接方法。

背景技术

非连续增强钛基复合材料(TMCs)以其高比强度、比刚度和良好的抗高温、耐腐蚀性能，在航空航天等领域有着广阔的应用前景和发展潜力，替代目前广泛应用的高温钛合金，成为超高音速宇航飞行器、先进航空发动机的理想候选材料，在气体涡轮机发动机风扇叶片、飞机起落架、飞机构架结构、导弹结构方面具有良好的工程应用前景。

目前，非连续增强钛基复合材料的制备工艺、成型工艺、高温蠕变机理、热处理工艺等方面开展了大量的研究工作，并取得诸多具有领先地位和创造性的科研成果。然而，唯有其焊接性和焊接工艺的研究远落后于其它方面的研究，成为该材料走向实用化的严重障碍和瓶颈。众所周知，一种新材料只有被加工成结构件才具有真正的实用价值，其广泛应用肯定会涉及到其焊接连接问题，而有时甚至焊接是唯一的加工手段。就单一的钛合金来说，常规的各种焊工艺都是广泛使用的效率高、成本效益好的加工方法，应用范围较广。但对于TMCs，其由成分、结构和性能相差很大的金属和非金属材料复合而成，它们之间的物理、化学相容性较差，因此，与基体相比，钛基复合材料(TMCs)的焊接性有很大的差异，困难较大。

虽然从60年代金属基复合材料问世后，国外科研工作者已较为成功地解决了航天飞机中所用连续纤维增强金属基复合材料的焊接问题，但在如何简化焊接工艺、提高焊接效率、降低成本和扩大应用领域等方面仍有待进一步深入的研究，焊接工艺仍是该类材料的应用难题之一。

经对现有技术文献的检索发现，国外专家学者对纤维增强钛基复合材料的熔焊法和固态连接法等工艺进行诸多尝试。Hirose等(Diffusion bonding of SiC fiber reinforcedTi-6Al-4V alloy，Mat.Sci.and Tech.，1992，8(9)：811-815)研究以未强化合金作为中间层扩散焊连接40SiC％(纤维)强化的Ti-6Al-4V钛合金焊接性。Baeslack等(CapacitorDischarge Resistance Spot Welding of SiC Fiber-Reinforced Ti-6Al-4V.Welding Journal，October 1993：479-491)采用电容放电点焊方法成功地连接了35％SiC_f/Ti-6Al-4V钛合金。Antonio等(Mechanical and Metallurgical Properties of Friction-Welded TiC ParticulateReinforced Ti-6Al-4V，Composites Science and Technology，2004，64：1495-1501)研究了惯性摩擦焊对钛基复合材料(10％TiC/Ti-6Al-4V)的影响规律与机制。Paul等申请了“Friction Stir Welding of Metal Matrix Composites”(专利号：US20080156846A1)，该方法解决了纤维增强金属基复合材料焊接的界面问题，获得高质量的焊接接头。

由上述可以看出，目前比较成熟的也仅仅是对连续长纤维增强钛基复合材料的焊接研究与应用，而这类复合材料的焊接，实际上主要是复合材料外层基体与基体之间的连接，并非复合材料之间的连接。并且，上述各焊接工艺法，无论是扩散焊，电容放电焊，还是摩擦焊，都存在工艺复杂，不易控制等问题，对焊件的焊接接头形式或尺寸有特殊的要求，其应用的适用性有所限制，焊接接头性能与母材性能有差距，达不到使用要求，至今还未有成功用于工业批量生产的报道。相比较而言，国内的金属基复合材料的焊接研究主要集中在铝基复合材料或钛合金方面的焊接工艺研究，尚未看到有钛基复合材料，尤其是非连续增强钛基复合材料焊接研究的相关报道。综上所属，迄今为止，人们还未找到一种行之有效的焊接方法广泛用于金属基复合材料，尤其是非连续增强钛基复合材料实际结构的连接之中。在所有的焊接方法中，唯有钨极氩弧焊法因其对焊接接头形式、焊件尺寸、焊接位置等工艺适应性强，焊接设备成本低，最具有推广应用的价值。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明目的在于提供一种使非连续增强钛基复合材料得到优良综合性能、强度高的焊接接头的非连续增强钛基复合材料的氩弧焊焊接方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：