[发明专利]用于TIG法焊接钛合金与纯铝板的焊丝

说明书

技术领域

本发明属于异种材料的焊接技术领域，特别涉及一种焊接钛合金与纯铝板的TIG方法及用于TIG法焊接钛合金与纯铝板的焊丝。  

背景技术

钛金属具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。铝具有比强度高、加工性好、物理、力学性能优越、抗腐蚀等优点，在很多应用领域中被认为是最为经济实用的材料。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示出优良的抗腐蚀性。铝的表面具有高度的反射性。铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。钛合金和铝在工业上的应用非常重要，有很多工业交叉的领域，这使得铝和钛的连接具有重要意义。但是，铝和钛的连接难度很大。在焊接过程中，由于在室温条件下Ti和Al之间的溶解度极小，由于铝钛金属之间的热物理化学性能相差很大，用传统的焊接方法焊接时会产生大量的脆性的金属间化合物，从而影响接头性能。目前，Ti/Al 异种合金的传统的焊接方法主要有电弧熔钎焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊等。

扩散焊是将两焊件紧密结合，在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散完成焊接。因此扩散焊依然能有效避免铝钛材料熔点差异较大难于连接的特点。经检验后证明，真空扩散焊的焊接接头的机械强度、热稳定性、密封性、耐腐蚀性和弹性都能满足重要构件的技术要求。但是这种焊接方法要求真空环境下成型，从经济生产性来看，成本较大，不适合大批量铝钛材料连接成型。

电弧加热集中，热输入量小，操作方便，节能高效又易于实现自动化，这种焊接方法钎焊后变形很小，对装配间隙不敏感，并且加热时间短，消耗小，成本低，加热区窄，加热更为集中，热输入量小，热影响区窄，钎焊后变形小。但是，在实现铝钛异种金属连接成型的过程中，如果采用一般电弧钎焊方法，焊接过程有如下缺点：钛金属的散热大、现有设备昂贵、生产周期长。

采用一般焊接方法很难实现Ti和Al的高效、可靠焊接。例如，液态焊接方法会产生大量脆性金属间化合物，固态焊接方法又对接头形式要求过于苛刻。采用熔钎焊的方法，将铝材熔化，钛保持固态，这样能有效避免钛铝之间形成大量的脆硬的金属间化合物，能够获得高强度的接头，与熔化焊和固相焊接相比，具有明显的优越性。

采用激光作为热源,具有柔性好、能量密度高、光斑形式可调、热输入精确可控以及冷却速度快等一系列优点。但是对焊件的装配精度要求严格，并且设备成本较高。 

发明内容

本发明为解决上述现有焊接技术的不足，提供一种用于TIG法焊接钛合金与纯铝板的焊丝。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的用于TIG法焊接钛合金与纯铝板的焊丝,该合金焊丝的直径为2.2-2.8mm，其质量百分数成分为：

Mg：5.2-5.8 %，

Si：0.15-0.25 %，

Fe：0.2-0.3 %，

Cu：0.03-0.04 %，

Cr：0.1-0.2 %，

Zn：0.06-0.09 %，

Mn：0.10-0.15 %，

Ti：0.05-0.15 %，

余量为Al；

并且，焊丝表面涂有活性剂，该活性剂的质量百分比组分为：SiO₂：22%； Cr₂O₃：16%；CaF₂：2%；TiO₂：3%；MnCl₂：21%，其余为BaCl₂。

钛合金与铝熔点相差较大，本发明利用钛与铝两种母材的熔点差异，提出具有特定配比的焊丝，使其在焊接过程中熔化填充金属与铝母材充分熔化混合后凝固形成焊缝，且存在明显熔合区；而高熔点钛合金与熔化焊丝填充金属发生相互作用而形成钎焊连接，避免两种金属液相Ti、Al混合而生成大量脆性的Ti-Al金属间化合物，同时焊丝表面的活性剂能够起到增加焊接熔深的作用，从而获得焊缝成形美观、无裂纹的焊接接头。