[发明专利]一种用于厚板TiNi合金与钛合金异种材料的连接方法

说明书

本发明公开了一种用于厚板TiNi合金与钛合金异种材料的连接方法，如下：将TiNi合金进行酸洗至指定厚度，用砂纸打磨异种材料被焊端面至平整，再将Nb条填充到对接材料中间，用夹具固定焊材，最后将夹具与焊材一起送入电子束设备真空室，电子束流偏向钛合金一侧进行焊接，得到强度较高，综合力学性能较好的焊接接头。本发明焊接方法了消除了厚板TiNi合金与钛合金焊接产生的裂纹，阻碍了Ti₂Ni等脆性金属间化合物的形成，使组织分布均匀，晶粒更细小，扫描焊接接头抗拉强度达到551MPa，并且接头韧性较好，拥有良好的综合性能，具有较大的工程意义。

技术领域

本发明涉及一种用于厚板TiNi合金与钛合金异种材料的连接方法，属于焊接技术领域。

技术背景

TiNi合金具有超弹性、耐腐蚀性、形状记忆效应、生物相容性及良好的阻尼效应，以其优良的综合性能广泛应用于航空航天、生物医疗、核工业及家用电器等领域，是目前使用最广泛的形状记忆合金；钛合金以其高的比强度，优秀的综合力学性能，耐腐蚀性及生物相容性广泛应用于飞机制造，航天，医疗器械，汽车，造船等领域，成为现在化工业中不可或缺的一员。为了满足对多功能构件在使用过程表现出多种功能的需求，异种材料的连接成了现代化工业发展的一种趋势；钛合金与TiNi合金的连接能分别发挥出这两种材料的性能，使复合构件具有良好的综合性能。

由于Ti的化学性质特别活泼，在250-600℃之间会依次吸收H，O，N对焊接接头产生脆化作用；钛合金与NiNi合金直接焊接极易产生Ti₂Ni等脆性金属间化合物，使焊接接头极易产生开裂，而且TiNi合金与钛合金线性膨胀系数差异较大，二者的作用使接头产生大量焊接裂纹，接头强度接近零。采用传统的焊接方法很难避免焊接裂纹的产生，即使采取措施避免了裂纹的形成，但焊接接头仍然存在较多的脆性金属间化合物，使接头脆化严重，接头综合力学性能较差。

真空电子束焊以其能量密度高，穿透力强，真空环境，控制精密，对焊件变形量小等特点尤其适用于冶金过程易受空气影响的较厚贵重金属的焊接，此外，电子束的扫描焊接能减少偏析，细化晶粒，提高接头综合性能。焊接冶金过程中Nb与Ti能形成无限固溶体，与TiNi合金能形成低熔点共晶相，均能避免脆性金属间化合物的产生，TiNi合金与钛合金焊接添加Nb为填充金属控制Ti₂Ni等脆性金属间化合物的产生，降低裂纹敏感性，达到消除焊接裂纹的目的。

因此考虑到真空电子束焊的优点和Nb的特点，采用真空电子束焊接方法，添加高熔点Nb为填充金属，电子束流偏向钛合金一侧的方法，使导热性较差的钛合金与Nb在电子束作用下熔化，Nb的高导热性将热量传输到TiNi合金一侧并在低于TiNi合金的熔点形成焊接接头，未熔化Nb起到物理阻隔作用，阻碍钛合金与TiNi结合，从而实现防止了接头焊接裂纹产生的同时阻止了金属间化合物的产生，扫描电子束对熔池的搅动作用使熔池金属均匀分布，减少偏析，大幅度提高焊接接头强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于对厚板NiTi合金与钛合金接头裂纹的防止，对接头中脆性金属间化合物的防止和提高接头强度的问题，提供一种添加Nb为填充金属，电子束流偏向TC4一侧的真空电子束焊接方法，钛合金与Nb在钛合金一侧熔化形成接头，TiNi合金侧由于Nb的高导热性和TiNi-Nb形成低熔点共晶的特点，从而实现TiNi合金与钛合金的连接。

一种用于厚板TiNi合金与钛合金异种材料的连接方法，其特征在于，至少包括以下几个步骤：

（1）将TiNi合金浸入体积比为1:3:5的氢氟酸、硝酸、水溶液中酸洗，去除表面氧化膜，用丙酮清洗干净；

（2）将钛合金和TiNi合金被连接端面用砂纸打磨平整，然后用丙酮清洗干净，吹干待用；

（3）用线切割将Nb板切割成一定厚度的Nb条，用砂纸均匀打磨平整，将Nb条置于TiNi合金与钛合金中间，用夹具固定，使Nb条，钛合金，TiNi合金表面在同一水平高度；