[发明专利]以电阻点焊工艺进行钛合金和铝合金异种材料连接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有色金属间异种材料焊接方法，尤其是涉及一种以电阻点焊工艺进行钛合金和铝合金异种材料连接的方法，屈于有色金属复合结构制造的技术领域。

背景技术

随着现代制造业在国民经济中的地位不断上升以及绿色环保概念的深入人心，基于绿色制造理念的各种复合结构得到越来越广泛的应用。复合结构的组分具有很好的设计性，可以根据不同的需要分别选择。同时，复合结构也不仅仅是各部件材料之间性能的简单相加，而是有着重要的改进意义，具有不同于单一材料结构的许多特点和性能。

钛合金和铝合金是目前最常用的轻合金材料。钛合金具有重量轻、比强度高、耐热性好、耐低温性能好等特点。特别是钛合金在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，在-250℃的超低温下仍具较高的冲击强度和抗震动等特性。铝合金同样具有密度低、比强度高、塑性好、导电性、导热性和耐蚀性优良等特性。由钛合金和铝合金连接而成的复合结构具有稳定性好、隔热隔音、耐高温等性能，可以最大限度发挥两种材料的性能潜力。

将钛合金和铝合金制造成复合结构时常常采用焊接工艺将两种材料连接起来。钛合金和铝合金都分别具有较好的焊接性，但是将钛合金和铝合金连接起来制造成复合结构时，由于以下原因，采用熔焊方法连接钛合金和铝合金的结果并不理想。

(1)Ti和Al的相互溶解度小，665℃时，Ti在Al中的溶解度为0.26-0.28％。随着温度到20℃，Ti在Al中的溶解度仅0.07％。

(2)Ti和Al在不同温度下发生反应，形成TiAl型、Ti₃Al型等各种脆性化合物。

(3)高温时H在Ti和Al中的溶解度很大，凝固时H来不及逸出而形成气孔。

(4)Ti和Al极易氧化，氧化生成的Ti0₂和Al₂O₃氧化膜，在焊缝中形成脆性层，降低焊缝的塑性和韧性。

(5)Ti和Al的熔点相差很大，当焊接温度达到Ti的熔点时，Al元素大量烧损蒸发，使焊缝的化学成分不均匀，降低接头强度。

(6)Ti和Al的导热系数和线膨胀系数也差异显著，Al的导热系数和线膨胀系数分别是Ti的16倍和3倍，在焊接应力的作用下容易形成裂纹。

申请号为201210123327.9的中国专利公布了一种钛合金与铝合金的填丝钨极氩弧焊方法，包括如下步骤：将钛合金与铝合金的待连接表面以及填充用Al-Mg合金系焊丝表面进行清理；将钛合金与铝合金板水平对接放置；采用钨极氩弧控制热量分布进行填丝钨极氩弧焊接，焊接过程中采用纯氩气进行正背面同时保护，焊接工艺参数为：焊接电压为12-15V，焊接电流为90-120A，焊接速度为50-80mm/min，氩气流量为10-15L/min。该发明的钛合金与铝合金的填丝钨极氩弧焊方法，操作方便、接头性能稳定、成本低、便于推广应用等优点，尤其适用于钛合金与铝镁合金的焊接。

申请号为201310065067.9的中国专利公布了一种钛-铝微叠层复合材料的脉冲熔化极气体保护焊工艺，步骤如下：(1)焊接前将钛-铝微叠层复合材料的待连接表面以及Al-Si合金系焊丝表面彻底清理干净，或打磨露出金属光泽；(2)将待焊接的钛-铝微叠层复合材料水平对接放置；(3)采用Al-Si合金系焊丝和脉冲熔化极混合气体保护焊施焊；(4)焊接结束后被焊工件在气体保护下自然冷却。该发明提出的钛-铝微叠层复合材料脉冲熔化极混合气体保护焊工艺具有操作方便、焊接效率高、成本低、便于推广应用等特点，采用该项技术可获得无裂纹、无脆性化合物的焊接接头，接头性能稳定，焊接接头抗拉强度不低于纯铝母材的抗拉强度，能够满足生产中对钛-铝微叠层复合材料焊接构件的使用要求。

申请号为200810064448.4的中国专利公布了一种钛及钛合金、铝及铝合金异种金属焊接过程中所使用的焊接方法，属熔化极电弧焊接、电弧冶炼技术、电弧加工领域。采用交流钨极氩弧焊，通过先堆焊一层一定厚度的铝合金层，然后加热使堆焊铝合金层重新熔化，并在焊接时利用刮擦工具头刮擦熔池的方法，使熔化焊过程中形成的金属间化合物破碎和分散分布。