[发明专利]一种铼合金和钛合金的激光焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，特别是一种铼合金和钛合金的激光焊接方法。

背景技术

随着航天航空技术的发展，空间推进系统发动机的性能要求越来越高，要求采用先进的制造技术及特殊性能的材料。铼合金及钛合金是航空发动机结构中很有发展前景的航空材料。铼为稀有难熔金属，具有高熔点、高强度、以及良好的塑性，并且具有优异的机械稳定性。铼没有脆性临界转变温度，在高温和急冷急热条件下均有很好的抗蠕变性能，但密度大，加工困难，价格昂贵，一般用于超高温和强热振工作环境，而钛合金具有比重小、容易加工的特点，因此关键部件选用铼合金而非重要部位选用钛合金比较理想。铼和钛合金两种金属材料的互补特性使它们在太空探索科学领域具有巨大的应用潜力，开发铼合金和钛合金的连接技术成为必然。

但铼和钛合金的性能差异却使二者之间的连接变得困难。由于铼熔点很高，必须采用高能量密度的焊接方法才能保证具有足够的熔深和冶金结合，并且铼特别容易氧化，因此必须在严格的无氧气氛中进行焊接，才能防止铼材焊缝和热影响区的氧化，从而避免导致焊缝硬度升高及其脆化。目前，铼合金的连接技术采用高真空环境的电子束焊接方法，但真空电子束焊接必须在真空条件下进行，设备复杂，价格昂贵，成本较高，焊接前对接头的加工装配要求严格，被焊工件的尺寸和形状受到真空工作室大小的限制，而电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量，产生X射线，危害操作人员的健康和安全。与电子束焊接相比，激光焊接技术不需要真空室，可在保护气体下进行焊接，不产生X射线。

铼合金和钛合金两者熔点和比热差别大，导致焊接时焊缝几何尺寸不对称。若焊接输入能量大，则铼合金一侧熔合良好而钛合金侧则温度过高，反之铼合金侧将会产生熔合不良，严重时会未熔合。其次，铼合金和钛合金直接焊接时焊缝接头中存在浓度差异，在靠铼侧焊缝熔合区会产生Ti₅Re₂₄化合物，从而影响接头的塑韧性，严重时会产生裂纹，而在靠近钛侧则会产生脆性相，而使接头的塑韧性下降。因此为了改善焊接焊缝元素差异，获得良好的接头，必须采用合适的中间过渡层材料以抑制脆性相产生，必须采用输入热量可控的激光焊接方法。到目前为止还没有铼和钛合金异种金属连接的相关报道，因此解决铼合金与钛合金异种材料焊接加工成为亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种铼合金和钛合金的激光焊接方法，解决铼合金和钛合金异种合金的激光焊接的工艺问题。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种铼合金和钛合金的激光焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)焊接面的前处理：将需焊接的δ0.5-3mm的铼合金和钛合金薄板的焊接面用400#砂纸打磨处理，保证焊接面的粗糙度Ra≤1.0μm；

(2)溶液清洗：首先在耐腐蚀容器中配制清洗溶液，常温下，将经过步骤(1)处理过的焊接件用溶液清洗，其中铼合金清洗所用溶液由KOH：2-5g，K₄[Fe(CN)₆]：3-10g，蒸馏水1000ml配制而成，在溶液中清洗的时间为5-10分钟；钛合金清洗所用溶液由H₂O₂：8-10ml，HNO₃：2-6ml，蒸馏水800ml配制而成，在溶液中清洗的时间为2-6分钟；铼合金和钛合金焊接件经溶液清洗后再用蒸馏水清洗并烘干；

(3)中间层的制备：将铼粉、钼粉、钛粉按重量配比20-50∶30-48∶12-50，用有机粘接剂甘油和无水乙醇混合后涂在钛合金一侧，保证涂层厚度为0.1-2.0mm，经干燥固化后待焊；

(4)焊接：用快速轴流式CO₂激光器对上述步骤(1)到(3)处理过的铼合金和钛合金焊接件进行焊接，两焊接件的焊接间隙0.1-0.2mm，焊接功率3.0-3.5KW，焊接速度0.6-0.9m/min，焦距120-160mm，离焦量+0.2mm，气体流量：He：10-15ml/min，Ar：12-20ml/min。

本发明提供的铼合金和钛合金的激光焊接方法，操作简便，适用于板厚0.5-3mm的铼合金和钛合金。本发明采用适当的中间过渡层材料以抑制脆性相产生，并优化了焊接参数，接头的外观质量焊缝成形良好，未发现裂纹等明显缺陷。内部质量则通过解剖进行截面成分扫描，焊缝元素过渡均匀，未出现脆性相。焊缝通过了气密、液压以及拉仲等相关验证试验，能够满足产品设计要求。

附图说明

图1是本发明的流程图