專利名稱：一種電子束焊接ta15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法
技術領域：
本發明涉及TA15鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金異種材料電子束焊接方法，屬于異 種材料熔化焊接領域。
背景技術：
TA15鈦合金是一種優良的結構材料，具有密度小、比強度高、塑韌性好、耐熱耐蝕 性好、可加工性好等特點，在航空、航天、車輛工程、生物醫學工程等領域具有非常重要的應 用價值。QCrO. 8鉻青銅合金具有優良的導電導熱性能、延展性和優良的抗腐蝕性能。因而 在電氣、電子、化工、動力、交通及航空航天等工業及軍事部門都得到了廣泛的應用。異種材料的焊接日益受到人們的重視，其特點是能夠最大限度地利用材料的各自 優點滿足現代生產對材料結構性能多方面的要求，在某些情況下，異種材料的綜合性能甚 至超過單一金屬結構。TA15鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金異種材料的有效連接既能滿足導熱性、耐磨性、 耐蝕性的要求，又能滿足輕質高強的要求，在航空航天、造船、儀表等領域必將擁有廣闊的 應用前景。采用現有的電子束焊接方法實現TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的焊接，在焊縫 中容易形成由金屬間化合物組成的層狀組織結構，該種層狀組織結構是接頭中的薄弱位 置，使異種材料的接頭位置的抗拉強度降低。目前國內外解決這一問題的合理方法尚未見 報道。
發明內容
本發明的目的在于解決TA15鈦合金與鉻青銅異種材料電子束焊接容易產生金屬 間化合物層狀結構，進而導致焊接接頭抗拉強度低的問題。本發明所述的電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其焊接對象為 TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材，所述焊接方法采用兩次焊接的方法完成焊接， 具體過程為在對焊縫完成焊接之后，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金母材一側移 動0. 2mm 1. 0mm，進行第二次焊接。當所述TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材均為厚度為1. 5mm 5. 0mm的 板材時，本發明所述的焊接方法的具體過程為步驟一、將待焊接的TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理；步驟二、調整TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材的相對位置，使兩塊板材 的對接面的高度差小于0. 2mm,并且使兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定 保證兩塊板材之間的相對位置不變；步驟三、將步驟二獲得的固定后的兩塊板材放入真空室內，對該真空室抽真空，使 得該真空室內的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa范圍；步驟四、將電子束聚焦至兩塊板材的對接縫隙處，從該縫隙的一端開始焊接直到另一端為止；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流 為15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側移動0. 2mm 1. 0mm，然 后開始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時的加速電壓為 55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，焊接完 成。當所述TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材均為壁厚為1. 5mm 5. 0mm的 管材時，焊接的焊縫為環形對接焊縫，本發明所述的焊接方法的過程為步驟一、對待焊接的TA15鈦合金管材和QCrO. 8鉻青銅合金的管材進行預處理；步驟二、調整兩根管材的相對位置，使兩根管材的對接面的錯邊小于0.2mm，并且 該兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm，然后用夾具固定，使得兩根管材之間相對位置不變；步驟三、將固定好的兩根管材放入真空室內，抽真空，使得該真空室內的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之間；步驟四、將電子束聚焦至兩根管材的對接縫隙處，開始焊接，焊接時的工作距離為 150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為15mA 50mA，焊接速度為5mm/ s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側進行移動0. 2mm 1. 0mm, 然后開始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時加速電壓為 55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程 為450度；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，焊接完 成。本發明所述的TA15鈦合金成分為A1 :5. 5 7. 0% (重量)、V :() 8 2. 5% (重 量)、& 5 2. 5% (重量)、Mo :() 5 2. 0% (重量)、余量為Ti ；QCrO. 8鉻青銅合金 成分為Cr :0.4 0. 7% (重量)、雜質<0.8% (重量)，余量為Cu。采用常規的電子束焊接方法對TA15鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金進行焊接接頭強 度較低，僅為QCrO. 8鉻青銅合金母材的40 %左右。本發明與常規焊接方法不同之處在于利 用疊加焊接的方法，分別對TA15鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金的對接面、偏向QCrO. 8鉻青 銅合金側一定距離進行電子束焊接。一方面可以使TA15鈦合金與QCrO. 8鉻青銅合金焊縫 形成良好的冶金結合，接頭沒有氣孔、裂紋等焊接缺陷；另一方面能夠將焊縫與QCrO. 8鉻 青銅合金側形成的金屬間化合物層狀結構減弱甚至消除，獲得連續分布的焊縫組織，從而 可將接頭抗拉強度提高到QCrO. 8鉻青銅合金母材的70%以上，能夠獲得優質高強的連接 接頭。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種 材料的方法，其焊接對象為TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材，所述焊接方法為 采用兩次焊接的方法完成焊接，具體過程為在對焊縫完成焊接之后，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金母材一側移動0. 2mm 1. 0mm，進行第二次焊接，本實施方式所述的TA15 鈦合金成分為A1 :5.5 7.0% (重量)、乂0.8 2.5% (重量)、& 1. 5 2. 5 % (重 量)、Mo :0. 5 2. 0% (重量)、余量為Ti ；QCrO. 8鉻青銅合金成分為Cr :0. 4 0. 7% (重 量)、雜質<0.8% (重量)，余量為Cu。本實施方式通過設計電子束聚焦焊接位置，利用疊加焊接的方法改善接頭組織結 構，減少或者消除金屬間化合物的不利影響，獲得優質高強的連接接頭。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的一個具體實施例，本實施方式中的TA15鈦合金母材與 QCrO. 8鉻青銅合金母材均是厚度為1. 5mm 5. 0mm的板材，具體焊接方法為步驟一、將待焊接的TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理；步驟二、調整TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材的相對位置，使兩塊板材 的對接面的高度差小于0. 2mm,并且使兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定 保證兩塊板材之間的相對位置不變，然后執行步驟三；步驟三、將步驟二獲得的固定后的兩塊板材放入真空室內，對該真空室抽真空，使 得該真空室內的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa范圍；步驟四、將電子束聚焦至兩塊板材的對接縫隙處，從該縫隙的一端開始焊接直到 另一端為止；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流 為15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側移動0. 2mm 1. 0mm，然 后開始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時的加速電壓為 55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，，焊接完 成。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，步驟一中所述的預處理包括機械打磨和化學清 洗。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，所述步驟二中所述的固定方式采用上表面加載 方式。具體可以分別對兩塊板材的兩端的端點施加壓力，保證焊接過程中試件不發生移動。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
二所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，步驟三中所述的真空室內的真空度在5X10_3Pa 至 5Xl(T4Pa。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
二所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，所述焊接對象的厚度是1. 5mm 3. 0mm，在焊接 過程中，在步驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側移動0. 2mm 0. 6mm,然后開始第二次焊接，此次焊接的電子束流為12mA 25mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
二所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，所述焊接對象的厚度是3. 5mm 5. 0mm，在焊接 過程中在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ； 在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材移動0. 6 1. 0mm，然后 開始第二次焊接，此次焊接的電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的一個具體實施例，本實施方式中的TA15鈦合金母材與 QCrO. 8鉻青銅合金母材都是壁厚為1. 5mm 5. 0mm的管材，焊接的焊縫為環形對接焊縫，具 體步驟為步驟一、對待焊接的TA15鈦合金管材和QCrO. 8鉻青銅合金的管材進行預處理；步驟二、調整兩根管材的相對位置，使兩根管材的對接面的錯邊小于0. 2mm,并且 該兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm，然后用夾具固定，使得兩根管材之間相對位置不變；步驟三、將固定好的兩根管材放入真空室內，抽真空，使得該真空室內的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之間；步驟四、將電子束聚焦至兩根管材的對接縫隙處，開始焊接，焊接時的工作距離為 150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為15mA 50mA，焊接速度為5mm/ s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側進行移動0. 2 1. 0mm, 然后開始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時加速電壓為 55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程 為450度；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，焊接完 成。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
八所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，步驟一中所述的預處理包括機械打磨和化學清 洗。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
八所述的一種電子束焊接TA15鈦 合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，在步驟二中所述的固定方式采用兩端均勻加載 的方式。具體可以分別對兩根管件的兩端施加壓力，保證焊接過程中試件不發生移動。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
八所述的一種電子束焊接 TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，步驟三中所述的真空室內的真空度在 5Xl(T3Pa 至 5Xl(T4Pa。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
八所述的一種電子束焊接TA15 鈦合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，所述焊接對象的壁厚是1. 5mm 3. 0mm，在焊 接過程中在步驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側進行移動0. 2mm 0. 6mm，然后開始第二次焊接，此次焊接中的電子束流為12mA 25mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
八所述的一種電子束焊接TA15 鈦合金與鉻青銅異種材料的方法的區別在于，所述焊接對象的壁厚是3. Omm 5. 0mm，在焊 接過程中在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管材側移動0. 6mm 1. Omm, 然后開始第二次焊接，此次焊接中的電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
權利要求
一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其焊接對象為TA15鈦合金母材與QCr0.8鉻青銅合金母材，采用電子束焊接方法對焊縫進行焊接，其特征在于，所述焊接方法采用兩次焊接的方法完成焊接，具體過程為在對焊縫完成焊接之后，將電子束聚焦位置向QCr0.8鉻青銅合金母材一側移動0.2mm～1.0mm，進行第二次焊接，所述的TA15鈦合金成分為Al5.5～7.0％(重量)、V0.8～2.5％(重量)、Zr1.5～2.5％(重量)、Mo0.5～2.0％(重量)、余量為Ti；QCr0.8鉻青銅合金成分為Cr0.4～0.7％(重量)、雜質≤0.8％(重量)，余量為Cu。
2.根據權利要求1所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，所述TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材均是厚度為1. 5mm 5. 0mm的板 材，具體焊接過程為步驟一、將待焊接的TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材進行預處理； 步驟二、調整TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金板材的相對位置，使兩塊板材的對 接面的錯邊小于0. 2mm,并且使兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm ；然后用夾具固定兩塊板 材，使得兩塊板材之間的相對位置不變；步驟三、將步驟二獲得的固定后的兩塊板材放入真空室內，對該真空室抽真空，使得該 真空室內的真空度在5X10_2Pa至5X10_4Pa范圍內；步驟四、將電子束聚焦至兩塊板材的對接縫隙處，從該縫隙的一端開始焊接直到另一 端為止；焊接時的工作距離為150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為 15mA 50mA，焊接速度為4mm/s 12mm/s ；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側移動0. 2mm 1. 0mm，然后開 始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時的加速電壓為55kV， 聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s ；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，焊接完成。
3.根據權利要求2所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，步驟一中所述的預處理包括機械打磨和化學清洗。
4.根據權利要求2所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，步驟二中所述的固定方式為上表面加載方式。
5.根據權利要求2所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，所述焊接對象為厚度是1. 5mm 3. 0mm的TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金 板材，在焊接過程中，在步驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ； 在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材一側移動0. 2mm 0. 6mm，然 后開始第二次焊接，此次焊接的電子束流為12mA 25mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s。
6.根據權利要求2所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，所述焊接對象為厚度是3. 5mm 5. 0mm的TA15鈦合金板材與QCrO. 8鉻青銅合金 板材，在焊接過程中在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ； 在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金板材移動0. 6mm 1. 0mm，然后開 始第二次焊接，此次焊接的電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
7.根據權利要求1所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，所述TA15鈦合金母材與QCrO. 8鉻青銅合金母材是兩根壁厚為1. 5mm 5. 0mm的 管材，焊接的焊縫為環形對接焊縫，具體步驟為步驟一、對待焊接的TA15鈦合金管材和QCrO. 8鉻青銅合金的管材進行預處理；步驟二、調整兩根管材的相對位置，使兩根管材的對接面的高度差小于0. 2mm，并且該 兩個對接面之間的縫隙小于0. 1mm，然后用夾具固定，使得兩根管材之間相對位置不變；步驟三、將固定好的兩根管材放入真空室內，抽真空，使得該真空室內的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之間；步驟四、將電子束聚焦至兩根管材的對接縫隙處，開始焊接，焊接時的工作距離為 150mm，加速電壓為55kV，聚焦電流為2590mA，電子束流為15mA 50mA，焊接速度為5mm/ s 12mm/s，焊接行程為450度；步驟五、將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側進行移動0. 2mm 1. 0mm，然后 開始第二次焊接，此次焊接的軌跡與步驟四中的焊接軌跡相平行，焊接時加速電壓為55kV， 聚焦電流為2590mA，電子束流為12mA 45mA，焊接速度為5mm/s 12mm/s，焊接行程為450 度；步驟六、真空室冷卻8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的試件，焊接完成。
8.根據權利要求7所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，在步驟二中所述的固定方式采用兩端均勻加載的方式。
9.根據權利要求7所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其特 征在于，所述焊接對象為壁厚是1. 5mm 3. 0mm的TA15鈦合金管材與QCrO. 8鉻青銅合金 管材，在焊接過程中在步驟四中，電子束流為15mA 30mA，焊接速度為8mm/s 12mm/s ；在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管件側進行移動0. 2mm 0. 6mm, 然后開始第二次焊接，此次焊接中的電子束流為12mA 25mA，焊接速度為8mm/s 12mm/So
10.根據權利要求7所述的一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，其 特征在于，所述焊接對象為兩根壁厚為3. 0mm 5. 0mm的TA15鈦合金管材和QCrO. 8鉻青 銅合金的管材，在焊接過程中在步驟四中，電子束流為30mA 50mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s ；在步驟五中，將電子束聚焦位置向QCrO. 8鉻青銅合金管材側移動0. 6mm 1. 0mm,然后 開始第二次焊接，此次焊接中的電子束流為25mA 45mA，焊接速度為5mm/s 8mm/s。
全文摘要
一種電子束焊接TA15鈦合金與鉻青銅異種材料的方法，屬于異種材料熔化焊接領域。它解決了現有TA15鈦合金和鉻青銅異種材料電子束焊接容易產生金屬間化合物層狀結構，進而導致焊接接頭抗拉強度低的問題。本發明的焊接對象為TA15鈦合金母材與QCr0.8鉻青銅合金母材，本發明采用兩次電子束焊接完成焊接，首先采用現有焊接方法對TA15鈦合金母材與QCr0.8鉻青銅合金母材的接頭處進行焊接，然后將電子束聚焦位置向QCr0.8鉻青銅合金母材側移動0.2mm～1.0mm進行第二次焊接。本發明通過設計電子束聚焦焊接位置，利用疊加焊接的方法改善接頭組織結構，減少金屬間化合物的不利影響。本發明適用于對TA15鈦合金與QCr0.8鉻青銅合金兩種材料的板材或者管材等進行焊接。
文檔編號B23K15/06GK101913022SQ20101027814
公開日2010年12月15日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者馮吉才, 劉偉, 張秉剛, 王廷, 陳國慶 申請人:哈爾濱工業大學