[发明专利]一种钛合金与纯铝的加助熔剂三元气体保护焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种异种有色金属的焊接方法，尤其涉及一种钛合金与纯铝加助熔剂的脉冲三元混合气体保护焊方法。

背景技术

现代工程中单独使用一种材料常常不能满足实际应用中的各种要求。从节能减排角度出发，在不同的工作条件下使用不同性能的材料，可满足不同材料的性能优势，异种轻金属焊接结构越来越受到人们的重视。铝具有比强度高、密度小、耐蚀性好、导热和导电性好等特点，是主要的轻量化结构材料。钛合金具有线胀系数和弹性模量小、耐蚀性优良等特性，已大量应用于重要承力构件。将钛和铝连接形成异种轻金属结构可以发挥两种材料的性能潜力，在舰船、车辆、现代交通等领域有很好的应用前景。

但是实现钛合金与铝的焊接难度很大。1)钛合金的熔点达到1400℃，纯铝的熔点只有660℃，当温度达到钛的熔点时，铝大量烧损蒸发；2)钛合金与铝的导热系数和线胀系数相差很大，铝的导热系数和线胀系数分别约是钛合金的导热系数和线胀系数的16倍和3倍，在焊接应力的作用下易产生裂纹；3)钛与铝都极易氧化，钛在600℃以上生成TiO₂，铝和氧作用生成Al₂O₃氧化膜(熔点2050℃)，在焊缝及界面形成脆性层，增加金属的脆性。4)钛与铝的晶格结构不同，属于难熔合的材质，不采用非常规手段难以实现二者的熔焊连接。

国家发明专利(ZL200610068957.5)提出一种钛与铝异种有色金属的扩散连接方法，可以实现钛与铝的扩散焊接。但采用这项技术属固相连接，要求有性能良好的真空扩散焊装备，对被连接件的表面加工、装配和洁净度有很高的要求，而且加热、保温、冷却需要较长的时间，焊接效率低，特别是受设备限制难以实现现场焊接。因此，若能在电弧熔焊条件下实现对钛合金与铝异种轻金属的焊接，对简化焊接工艺、扩大应用场合、提高钛与铝焊接效率和降低生产成本将有重要的意义。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足，提出一种钛合金与纯铝的加助熔剂三元气体保护焊方法。采用这种方法能够获得钛与铝熔合良好、无裂纹的焊接接头，能够满足钛合金与纯铝异种金属结构在生产中的使用要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛合金与纯铝的加助熔剂三元气体保护焊方法，包括如下步骤：

(1)将钛合金一侧接头处打磨出倒角，然后涂覆助熔剂，冷风吹干；所用的助熔剂为粒度200-300目的混合物粉末，混合物粉末由下述组分组成：NaF 10％～20％、B₂O₃ 18％～24％、Cr₂O₃ 10％～18％、Fe₂O₃ 5％～10％、TiO₂ 5％～10％、MnO 5％～8％，其余为SiO₂，以质量百分比计，使用时加溶剂调成糊状；

(2)对纯铝一侧接头处用刮刀进行刮削，将Al-Si-Cu合金填充焊丝用金相砂纸打磨光洁，将涂覆助熔剂的钛合金与纯铝平板对接，放置在充惰性气体的保护罩中，以Al-Si-Cu合金焊丝作为填充材料进行脉冲焊接，焊接参数为：基值电流50A～90A、脉冲电流48A～80A、脉冲持续时间5s～10s、脉冲频率35Hz～65Hz，焊接电压12V～24V，三元混合气体流量12L/min～20L/min；

(3)焊接结束后，将被焊件放置在烘箱或保温箱中缓慢冷却至室温，冷却至室温的被焊件再用50℃～70℃温水清洗后自然晾干。

上述保护焊方法，步骤(1)中助熔剂混合物粉末，用丙酮或无水乙醇调成糊状涂覆在钛合金一侧的接头处，涂覆厚度0.4mm～0.6mm，用电吹风的冷风吹干。

步骤(2)所述的Al-Si-Cu合金填充焊丝的化学成分为：Si 4.5％～6.0％，Fe 0.8％～0.9％，Cu 0.3％～0.4％,Mn 0.05％～0.08％，Mg 0.05％～0.10％，Zn 0.1％～0.2％，Ti 0.2％～0.3％，余为Al，以质量百分比计。

步骤(2)所述的焊接焊枪喷嘴离工件的距离10mm～14mm，焊枪钨极与焊件之间的夹角是70°～85°，焊接电弧稍偏向钛合金一侧。