鈦金屬材料與鋁合金材料的填絲電子束焊接方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬連接技術領域，具體地說是一種鈦金屬材料與鋁合金材料的填絲電子束焊接方法。
【背景技術】
[0002]鈦合金與鋁合金擁有高的比強度、較好的耐蝕性能等優點，可以廣泛地應用于航空航天工業等。采用鋁合金與鈦合金的復合結構件可以滿足性能的需要，又可以節約成本，減輕結構的重量，并且在某些部位應用防銹鋁合金還可以在一定程度上延長使用年限。但是鈦合金與鋁合金在物理、化學性質等方面有很大的差異，并且兩種金屬焊接熔化混合凝固時容易形成脆性的金屬間化合物，在焊接過程中就會導致裂紋產生。使用常規的焊接方法焊接鈦合金與防銹鋁合金，因為上述兩種材料的冶金不相容性以及物理性能差異大，焊縫不能滿足要求。考慮到電子束焊接具有的定位精確、熱輸入量小以及能量密度高等優點，同時在焊接過程中填充焊絲，改善冶金條件，從而彌補鈦合金與招合金之間的冶金不相容性，并減少脆性的金屬間化合物的產生，提高力學性能。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決現有焊接工藝在對鈦合金與鋁合金進行異種金屬進行焊接時，由于金屬冶金不相容性以及物理性能差異大等原因而使得焊縫的力學性能較差的問題，提供一種利用電子束填絲焊的工藝對鈦金屬材料與鋁合金材料的填絲電子束焊接方法。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
一種鈦金屬材料與鋁合金材料的填絲電子束焊接方法，其特征在于焊接時所述鈦合金與鋁合金對接面填充鋁合金焊絲，所述鋁合金焊絲經電子束焊接方法將鈦合金與鋁合金焊接在一起，
所述電子束焊接方法步驟為:
一、使用800#或者600#的水砂紙對鈦合金和鋁合金的表面進行打磨，將表面的氧化膜等雜質去除，使它們露出無銹無雜質的待焊接面，之后用蘸有丙酮的無紡布對待焊接面進行擦拭，然后將鈦合金與鋁合金以對接的方式固定在真空裝置中的夾具上，所述鈦合金與鋁合金的間隙在0-0.3mm范圍內，并且保證間隙方向與電子束束流移動方向平行，然后將電子束的束流下束點對準待焊部位；
二、將直徑為0.8-1.2mm的鋁合金焊絲從送絲機構中送出，并經過送絲噴嘴送至電子束束流下束的位置上，鋁合金焊絲從噴嘴伸出的長度為l_2cm，其長度為干伸長；
三、檢查待焊件與電子束焊接系統準備到位，然后將真空室關閉并抽真空，當真空室內的氣壓低于5X 10 2Pa時開始焊接，焊接時采用前置送絲焊方位，將焊絲插入熔池前端，以一定的速度勾速進行焊接，電子槍的工作高度為50mm。
[0005]本發明所述鋁合金焊絲的成分按質量百分比組成可以采用Mg為3%_8%、Μη為0.1%-2%、Ti 為 0.05-0.1% 和余量為 A1 ;也可以采用 Mg 為 3%_8%、Μη 為 0.1%_2%、Ti 為0.05-0.l%、Si為1%-5%和余量為A1 ;還可以采用Si為5%_13%、Mg為0.5-1%和余量為A1。
[0006]本發明所述鋁合金焊絲在焊接時的待焊部位的電子束束流作用點的位置可偏向鋁側的距離d為0.1-1.5mm，以利于通過填充鋁合金焊絲，使電子束流將焊絲熔化，在鈦合金側，熔化的鋁合金焊絲在鈦合金表面鋪展，發生釬焊反應，在鋁合金側，熔化的鋁合金焊絲所帶來的熱量可以將部分鋁母材熔化，而發生熔焊，使填充鋁合金焊絲可以防止鈦合金母材熔化，而直接與熔化的鋁合金發生發應，不但顯著降低有害化合物的生成，而且，通過焊接過程中填充招合金焊絲，改善冶金條件，從而彌補鈦合金與招合金之間的冶金不相容性，并減少脆性的金屬間化合物的產生，顯著提高力學性能。
[0007]本發明所述鋁合金焊絲在焊接時，電子束束流為5_20mA，加速電壓10_100kV，焊接速度50-500mm/min，所述焊接母材厚度為0.5_5mm，以達到熱輸入量小、能量密度高的作用。
[0008]本發明所述鋁合金焊絲與電子束束流的夾角為30-60°，且電子束束流與焊絲的作用點與試板上表面距離h在0.5-2mm范圍內，達到高效穩定地對異種金屬進行焊接的作用。
[0009]本發明由于采用上述焊接方法，具有以下優點:
1.通過對鈦合金與鋁合金的異種金屬電子束焊接過程引入填絲焊接工藝，顯著改善焊縫的成形、提高焊縫的力學性能，避免了焊接缺陷，并且可以高效穩定地完成異種金屬的連接;
2.由于所述鈦合金與鋁合金的電子束填絲焊是在真空中進行，并且鋁合金焊絲對焊縫熔池有冶金改善作用，所以焊縫不會生成氧化物夾雜，同時可以顯著抑制金屬間化合物的產生，解決了現有技術中異種金屬不能通過電子束焊接進行可靠連接的實質性技術問題；
3.本發明不但可以對鈦合金與鋁合金的板材的電子束填絲焊，而且，還能擴展到對薄壁管或其他復雜形狀的鈦合金與鋁合金異種金屬的電子束填絲焊。
[0010]【附圖說明】:
圖1是本發明中真空裝置的結構示意圖。
[0011]圖2是本發明焊接過程中鋁合金焊絲與電子束束流位姿示意圖。
[0012]圖3是本發明的電子束流作用點示意圖。
[0013]附圖標記:真空室1、夾具2、夾具移動支架3、伺服電機、電子束焊槍4、焊槍移動支架5、噴嘴支架6、送絲噴嘴7、送絲機構8、夾具卡扣9、鈦合金試板母材10、招合金試板母材
11、鋁合金焊絲12。
【具體實施方式】
[0014]下面結合實施例對本發明進一步說明:
實施例1:選取TA15鈦合金試板母材與招合金試板母材進行電子束焊接，焊接步驟為:
1.先選取真空裝置，本發明所使用的真空裝置包括真空室1，所述真空室1內設有夾具
2、夾具移動支架3、伺服電機、電子束焊槍4、焊槍移動支架5、噴嘴支架6、送絲噴嘴7和送絲機構8，所述夾具移動支架3和焊槍移動支架5平行設置，所述夾具移動支架3上端與夾具2固定連接，所述夾具移動支架3下端經橫向滑軌與真空室1滑動連接，并經橫向伺服電機驅動，所述夾具上設有夾具卡扣9，所述焊槍移動支架5上端與電子束焊槍4固定連接，下端經縱向滑軌與真空室1滑動連接，并經縱向伺服電機驅動，所述電子束焊槍4位于兩個焊接工件的焊接間隙并偏向鋁合金試板上方偏向鋁側的距離d為0.1mm，，在所述電子束焊槍4上端設有噴嘴支架6，噴嘴支架6上端與送絲噴嘴7相連接，所述送絲噴嘴7前端彎折，以使鋁合金焊絲穿過送絲機構8和送絲噴嘴7后與焊接間隙相對應；
2.選取所述TA15鈦合金試板母材的成分按質量百分比組成為A1:6%、Zr:2%、Mo:1%、
V:1%、雜質< 0.2%，余量為Ti，厚度為2_，防銹鋁合金試板母材的成分按質量百分比組成為:Si:0.4%、Fe:0.4%、Mn:0.4%、Cr: 0.25%、Zn:0.25%、其他雜質:0.15%，余量為 A1 ;厚度為2mm，使用800#或者600#的水砂紙對TA15鈦合金試板母材10和鋁合金試板母材11的表面進行打磨，將表面的氧化膜等雜質去除，使它們露出無銹無雜質的待焊接面，之后用蘸有丙酮的無紡布對待焊接面進行擦拭，然后將TA15鈦合金試板母材10與鋁合金試板母材11以對接的方式分別經夾具卡扣9固定在夾具2上，TA15鈦合金試板母材10與鋁合金試板母材11待焊接面的間隙留為0.1mm，并且，其間隙方向與電子束焊槍的束流移動方向平行，然后將電子束焊槍的束流下束點對準待焊接頭間隙的中間部位，所述電子束束流與焊絲的作用點與試板上表面距離h為2mm，所述電子束束流與鋁合金焊絲之間的夾角α為60°，
3.選取直徑為1.2_、成分按質量百分比為:Mg為3%-8%、Μη為0.1%_2%、Ti為0.05-0.1%和余量為A1的鋁合金焊絲12從送絲機構中送出，并經過送絲噴嘴送至電子束束流下束的位置上，鋁合金焊絲從噴嘴伸出的長度為2cm，為干伸長；
4.檢查待焊材料與電子束焊接系統準備到位，然后將真空室關閉并抽真空，當真空室內的氣壓低于5X 10 2Pa時開始焊接，焊接時采用前置送絲焊方位，將焊絲插入熔池前端，以束流15Ma、加速電壓50Kv，焊接速度為200mm/min的速度進行焊接，在焊接過程中，鋁合金焊絲通過電子束熔化填充，在鈦合金試板母材側，熔化的焊絲在鈦合金試板母材表面潤濕鋪展，在鋪展截面發生釬焊反應，在鋁合金側，熔化的鋁合金焊絲所帶來的熱量將部分鋁母材熔化，而發生熔焊，通過填充鋁合金焊絲，放置鈦合金試板母材熔化，而直接與熔化的鋁合金發生反應，進而將鈦合金試板母材和鋁合金試板母材焊