[发明专利]一种钛镍异质接头激光诱导偏晶及匀晶反应焊接方法

说明书

本发明公开了一种钛镍异质接头激光诱导偏晶及匀晶反应焊接方法。该方法是在钛材料和镍材料间加入复合中间层焊料，所述复合中间层焊料的第一层为铌金属，第二层为铜金属，铌金属与钛材料结合界面为界面1，铌、铜金属的结合界面为界面2，铜金属与镍材料结合界面为界面3，焊接热源焦点位于界面1附近；焊接过程中，焊接热源产生的热量在第一层中间层焊料与钛材料结合界面形成熔化焊模式，热量经过第一层中间层焊料传导到界面2和界面3时，高于第二层中间层焊料的熔点。该焊接方法避免钛镍金属间化合物的形成，可以同时在界面1处形成熔化焊焊缝，在界面2及界面3处形成钎焊焊缝，得到的钛镍异质金属接头抗拉强度达到200‑230MPa，延伸率2‑4％。

技术领域

本发明属于异种金属材料焊接工艺领域，具体而言，涉及一种钛镍异质接头激光诱导偏晶及匀晶反应焊接方法。

背景技术

钛及其合金由于具有比强度高、耐腐蚀能好、耐高温性能好等特点，被广泛的应用于航空航天、石油化工及压力容器制造等领域，但其使用受原料成本高及加工性能差等限制，并且当温度超过400℃时，钛合金的性能急剧降低。镍基合金由于其中加入了大量的合金元素，因此在1000℃时仍然能正常工作，高温性能良好，但是其重量较高。如果将钛与镍进行连接开发钛/镍异种金属构件，可以结合两种材料的优势，能够在苛刻条件下满足单一金属材料自然不能完全完全满足的工程使用要求，对于石油化工、航空航天领域等具有重要的意义。

现有制备异质接头的焊接方法如专利201410449257.5《镍钛形状记忆合金与铜合金的异种材料连接方法及其夹具》公开了镍钛合金直接与铜合金焊接，通过对铜母材进行加热，利用铜合金流动性的特点实现铜合金与记忆合金的有效连接，并且该方法需要在焊后对材料进行热处理，调节焊缝组织形貌和晶粒尺寸，由于铜会与其它元素互溶，可能会形成金属间化合物，降低镍钛合金与铜合金焊接处的材料力学性能。

专利201610463909.X《一种不锈钢-钛合金异种金属激光焊接方法》公开了在不锈钢和钛合金之间添加铌作为中间层，将激光光斑焦点设置在钛合金上，精确控制激光焊接工艺参数，实现异种金属材料的焊接。该方法采用的是熔焊+接触反应钎焊方式，利用了铌的热传导作用，同时由于钛合金和不锈钢的导热性能相差不大，所以在钛合金与铌接触面熔化同时，铌与不锈钢接触面的温度高于铌、铁的共晶温度，但是该方法只适合于导热性能相差不大的两种材料，当两者导热性能相差极大的情况下，会导致导热性能低的材料与Nb接触面熔化时，热量通过Nb传导到到Nb与导热性能高的材料接触界面，由于热量被快速传递到材料本身，接触界面的温度达不到共晶温度点以上，进而导致焊料与导热性能高的材料无法焊接成功。专利201710414617.1《一种钛铜异质金属接头焊接方法》公开了在钛铜之间加热中间层铌金属，得到的异质接头强度达到200MPa以上，且延伸率达到30％以上。

但是由于钛和镍在化学成分、熔点、热导率、线膨胀系数、比热容等热物理性能方面差异显著，并且在焊接时易形成Ti₂Ni、TiNi₃等金属间化合物，导致焊接接头中形成裂纹发生脆性断裂，且镍金属与铜金属及其它金属相比，性质不同，因此发明人根据上述公开的方法采用诸如采用铌为中间层来焊接，发现虽然接头焊接到一起，但是其强度仅仅不到150MPa，延伸率为1.5％，焊缝塑性较差。

发明内容

鉴于现有技术在应用于钛镍异质金属接头焊接时存在的不足，本发明的目的在于提供一种钛镍异质接头焊接时不会形成任何金属间化合物，且焊接接头强度和塑性高的焊接方法。

为了实现本发明的上述目的，通过大量试验研究并不懈努力，最终获得了如下技术方案：