[发明专利]一种真空/保护气氛下组合热源焊接方法及其装置

说明书

本发明公开了一种真空/保护气氛下组合热源焊接方法及其装置。所述的焊接方法为：在真空或惰性气氛保护环境下，作为基础热源的加热炉体对焊件进行整体加热至600～1200℃的较高温度，并保持该温度；然后采用作为局部加热热源的焊枪将待焊区域加热熔化，冷却凝固形成焊缝；随后在基础热源作用下使焊件以规定的冷却速度冷却至室温，从而完成焊接过程。所述焊接装置由：真空泵组、炉体、加热室、焊接电源、基础加热电源、控制柜、耐高温数控移动机构、焊枪及送丝机构组成。该焊接方法及其装置可有效避免室温低塑性金属材料的焊接裂纹问题。

技术领域

本发明涉及一种真空/保护气氛下组合热源焊接方法及其装置，属于焊接技术领域。

背景技术

随着航空航天工业的发展，对高温结构材料的性能要求也越来越高，不仅要求耐高温和抗氧化而且要求很高的比强度和比刚度。TiAl等金属间化合物以其低密度、高模量和优异的高温强度、抗蠕变、抗氧化和阻燃性能而被公认为最具有发展潜力的高温结构材料。

该类合金的自身及其与异种材料的连接技术，是该类材料工程应用的关键技术之一。目前国内外在该类材料的连接方面主要专注于其固态连接方法，如钎焊、扩散焊、摩擦焊等。

虽然通常认为固相连接技术是TiAl基金属间化合物较为有效的连接方法，但是对于复杂结构的连接，固相连接方法受到限制，且接头高温性能难以满足要求，因此有必要研究其熔焊连接工艺及接头性能。TiAl金属基复合材料室温塑性低，变形能力差，使其采用熔焊工艺进行连接时，焊缝极易形成冷裂纹，从而成为该类材料工程化应用的难点。国内外关于TiAl金属基复合材料的熔焊工艺连接方面开展的研究较少，主要通过焊前电子束扫描或者激光扫描的方法预热工件，焊后继续扫描加热以控制工件的冷却速度，降低焊接应力，从而控制裂纹的产生。但是上述方法只能局部加热工件，难以精确控制工件的温度且不能控制冷却速度，使得焊接冷裂纹问题不能完全避免。

然而，目前还没有相应的焊接方法和设备在真空或者惰性气氛环境下来精确控制焊前工件的预热温度、预热加热速度、焊后工件加热温度以及焊后冷却速度。

此外，高温合金焊接基本都有热裂纹形成的倾向，其中，沉淀强化合金比固溶强化合金的热裂倾向大，铸造合金比变形合金的热裂倾向大。焊接过程中产生的热裂纹主要有焊缝凝固裂纹和热影响区液化裂纹两种，焊后热处理过程中铝、钛含量高的沉淀强化高温合金和铸造高温合金还容易产生应变时效裂纹。裂纹产生的除了与γ’相体积分数有关外，焊接热应力是导致裂纹形成的必要条件。目前主要采用低强度的合金焊料、降低焊接热输入等措施来控制裂纹的产生。使用低强度合金焊料时，焊接接头强度、持久等室/高温力学性能与母材相比下降幅度较大，难以满足工程化应用。当采用降低焊接热输入方法控制热裂纹时存在以下问题：热输入的大小与焊接热裂纹的形成关系难以确定；针对焊接厚度较大时，为保证焊接深度，焊接热输入不能太小；不是所有铸造高温合金都适用。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种真空/保护气氛下组合热源焊接方法及其装置，其目的是解决室温低塑性材料的焊接冷裂纹问题和铸造高温合金焊接热裂纹问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种真空/保护气氛下组合热源焊接方法，其特征在于：该焊接方法使用两个热源对金属基复合材料或铸造高温合金的两个焊件进行加热，两个热源分别为基础热源和局部加热焊接热源，基础热源对两个焊件同时进行加热，局部加热焊接热源对两个焊件之间的待焊面进行加热，该方法的步骤是：

步骤一、在真空或惰性气氛保护环境下，使用基础热源将两个焊件加热到 600℃～1200℃，热透并保持温度；

步骤二、使用局部加热焊接热源对两个焊件之间的待焊面进行焊接，冷却降温到基础热源的加热温度后形成焊缝；

步骤三、形成焊缝后工件在真空或惰性气氛保护环境下，以100℃/h～500℃ /h的冷却速度整体冷却至室温后完成焊接过程。