[发明专利]一种Al-Ti合金异种金属焊接方法

说明书

本发明涉及激光焊接和激光增材制造领域，具体涉及一种Al‑Ti合金异种金属焊接方法。本方法通过使用成分梯度变化的过渡金属板连接Al‑Ti合金异种金属的方式，从而将异种金属之间的焊接转化为同种金属之间的焊接，有效地解决了铝和钛由于熔点相差较大而造成的难以焊接的问题，并且有效的避免了Al‑Ti异种金属焊接过程中Al‑Ti脆性相的形成，从而改善了铝‑钛合金异种金属焊接质量，提高了铝‑钛合金异种金属焊接件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及激光焊接和激光增材制造领域，具体涉及一种Al-Ti合金异种金属焊接方法，能够通过使用成分梯度变化的过渡金属板连接Al-Ti合金异种金属的方式，有效地解决了Al和Ti合金由于熔点相差较大而造成的难以焊接的问题，并且有效的避免了Al-Ti异种金属焊接过程中Al-Ti脆性相的形成，从而改善了Al-Ti合金异种金属焊接质量，提高了Al-Ti合金异种金属焊接件的使用寿命。

背景技术

钛及钛合金具有比重小、比强度高、抗腐蚀性能强、高温和低温力学性能良好等优点，广泛应用于航空、航天、舰船、化工、汽车和生物医学等各个领域。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。Al合金和Ti合金异种金属焊接件主要应用于航空航天领域。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10⁴-10⁵W/cm²为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于10⁵-10⁷W/cm²时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。

Al合金和Ti合金由于在熔点和反射率等物理和化学性质的差异，造成了焊接的困难。由于Al合金和Ti合金在物理和化学成分上的差异，导致直接焊接这两种金属容易导致脆性金属间化合物相Al-Ti相的产生。Al-Ti脆性相的产生会导致Al-Ti合金异种金属焊接件发生脆性断裂，显著地降低焊接件的使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种Al-Ti合金异种金属焊接方法。

本发明采用的具体技术方案，步骤如下：

(1)将两个送粉器同时置于工作台表面，开始成分梯度变化的过渡金属板的制备。激光增材制造的参数为：激光功率280-320W,送粉速度为100-1000mm/min，光斑直径为0.12-0.14mm，每层增材的厚度为0.05mm，每层的Al合金粉末送粉速度和Ti合金粉末送粉速度的比为[100-(n-1)100/(N-1)]：[100(n-1)/(N-1)],其中，N为增材总层数，n为正在打印的层数。

(2)每完成一层粉末的打印，分别改变两个送粉器的送粉速度以改变混合粉末的比例，进行下一层金属的打印。第一层的粉末为质量比例100％的Al合金,第二层铝合金粉末质量比例为[100-100/(N-1)]％，Ti合金的粉末质量比例为(100/(N-1))％。第三层为粉末质量比例[100-(200/N-1)]％的Al合金，[200/(N-1)]％的Ti合金，依次Al合金粉末的比例递减，Ti合金粉末的比例递增，直至第N层即最后一层的粉末质量比例为100％的Ti合金粉末。

(3)完成整个过渡金属增材制造过程后，取出制备完成的过渡金属板，过渡金属板的长度为L，层数为N，长度和层数之间满足关系L＝0.05N mm，过渡金属板的厚度和待焊金属的厚度相同，元素的梯度沿过渡金属的长度方向变化。

(4)对过渡金属板和待焊合金基体待焊部位进行打磨，直至两者的待焊表面的氧化层被去除。