[发明专利]钛合金与纯铝板的TIG焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于异种材料的焊接技术领域，特别涉及一种钛合金与纯铝板的TIG焊接方法。 

背景技术

钛合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。铝具有比强度高、加工性好、物理、力学性能优越、抗腐蚀等优点，在很多应用领域中被认为是最为经济实用的材料。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示出优良的抗腐蚀性。铝的表面具有高度的反射性。铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。钛合金和铝在工业上的应用非常重要，有很多工业交叉的领域，这使得铝和钛的连接具有重要意义。但是，铝和钛的连接难度很大。在焊接过程中，由于在室温条件下Ti和Al之间的溶解度极小，由于铝钛金属之间的热物理化学性能相差很大，用传统的焊接方法焊接时会产生大量的脆性的金属间化合物，从而影响接头性能。目前，Ti/Al 异种合金的传统的焊接方法主要有电弧熔钎焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊等。

扩散焊是将两焊件紧密结合，在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散完成焊接。因此扩散焊依然能有效避免铝钛材料熔点差异较大难于连接的特点。经检验后证明，真空扩散焊的焊接接头的机械强度、热稳定性、密封性、耐腐蚀性和弹性都能满足重要构件的技术要求。但是这种焊接方法要求真空环境下成型，从经济生产性来看，成本较大，不适合大批量铝钛材料连接成型。

电弧加热集中，热输入量小，操作方便，节能高效又易于实现自动化，这种焊接方法钎焊后变形很小，对装配间隙不敏感，并且加热时间短，消耗小，成本低，加热区窄，加热更为集中，热输入量小，热影响区窄，钎焊后变形小。但是，在实现铝钛异种金属连接成型的过程中，如果采用一般电弧钎焊方法，焊接过程有如下缺点：钛金属的散热大、现有设备昂贵、生产周期长。

采用一般焊接方法很难实现Ti和Al的高效、可靠焊接。例如，液态焊接方法会产生大量脆性金属间化合物，固态焊接方法又对接头形式要求过于苛刻。采用熔钎焊的方法，将铝材熔化，钛保持固态，这样能有效避免钛铝之间形成大量的脆硬的金属间化合物，能够获得高强度的接头，与熔化焊和固相焊接相比，具有明显的优越性。

采用激光作为热源,具有柔性好、能量密度高、光斑形式可调、热输入精确可控以及冷却速度快等一系列优点。但是对焊件的装配精度要求严格，并且设备成本较高。

发明内容

本发明为解决上述现有焊接技术的不足，提供一种钛合金与纯铝板的TIG焊接方法。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的钛合金与纯铝板的TIG焊接方法，包括以下步骤：

1）选择厚度为2-3mm的待连接的钛合金板和纯铝板，先将钛合金板待连接面加工出坡口角为35-40°的坡口；

2）对于合金板待连接表面用砂纸充分打磨以去除其表面氧化层，并用乙醇或丙酮清洗母材表面，使待焊面的粗糙度达到Ra 1.8-3；

3）采用直径为2.2-2.8mm的合金焊丝，其质量百分数成分为：

Mg：5.2-5.8 %，

Si：0.15-0.25 %，

Fe：0.2-0.3 %，

Cu：0.03-0.04 %，

Cr：0.1-0.2 %，

Zn：0.06-0.09 %，

Mn：0.10-0.15 %，

Ti：0.05-0.15 %，

余量为Al；

4）将焊丝浸入50%H₂O+50%HNO₃溶液，15-20min后用清水冲洗后烘干，再用砂纸进行打磨；

5）再在焊丝表面涂上活性剂，该活性剂的质量百分比组分为：SiO₂：22%； Cr₂O₃：16%；CaF₂：2%；TiO₂：3%；MnCl₂：21%，其余为BaCl₂ ；

6）将钛合金板与纯铝板水平对接放置，装配间隙为0.09mm-0.11mm；