[发明专利]一种激光-电弧串联焊接TA2/304不锈钢复合板的焊接方法

说明书

本发明涉及异种材料焊接技术领域，具体涉及一种激光‑电弧串联焊接TA2/304不锈钢复合板的焊接方法，该技术针对钛/钢复合板在焊接过程中过渡层易发生元素扩散，形成脆性的Ti‑Fe金属间化合物，降低接头性能而提出的一种焊接方法。以TA2/304不锈钢作为焊接母材，通过激光在前对基层金属TA2进行对接焊，电弧在后填充坡口并焊(连)接304不锈钢。通过精确控制焊接工艺参数，形成上下两个相对独立的熔池，避免过渡层在焊接过程中产生Ti‑Fe金属间化合物，降低接头脆性；采用激光‑电弧串联焊接方法，获得包括激光焊缝和电弧焊缝的高质量、高效率焊接接头。

技术领域

本发明涉及异种材料焊接技术领域，具体涉及一种激光-电弧串联焊接TA2/304不锈钢复合板的焊接方法。

背景技术

钛及其合金由于具有高韧性、高比强度、良好的耐高温性、低密度、抗疲劳性好等优点，被广泛地应用于各个工业领域。在航空航天领域，钛及其合金已经代替易腐蚀的镍基合金以及铜合金等金属材料成为必要的组成部分。然而，由于钛合金本身的制造成本较高、焊接和机械加工性能较差、抗蠕变性能差使其应用受到限制。不锈钢是目前最常用的结构材料，其自身具有一系列优良的性能，如焊接性、耐磨性、力学性能，且成本相对较低。虽然不锈钢在耐蚀性方面远不如钛合金，而且比重较大。但如果将钛合金与不锈钢通过焊接的方法连接在一起，钛合金与不锈钢的焊接结构将不锈钢良好的焊接性与钛合金优异的耐蚀性相结合，这样的组合将实现两种材料在性能上的优势互补。然而，由于钛合金与不锈钢的焊接性很差，在焊后的接头中易产生大量脆性较大的Ti-Fe金属间化合物。此外，由于钛合金和不锈钢二者之间的物理、化学性能差异显著，接头中存在较大的残余应力，这会降低接头力学性能。目前，采用爆炸焊焊接钛合金与不锈钢可以有效降低接头中Ti-Fe金属间化合物的含量，并有效提高钛合金与不锈钢异种金属焊接接头的力学性能。

复合板的二次焊接是材料加工过程中的重要工序之一，很多金属复合板都需要经过焊接成形，焊接技术的发展也推动了复合材料的应用。对于复合材料的二次焊接接头而言，除了要具有满足要求的力学性能外，还要保证其具有和其母材相当的导电性能和耐腐蚀性能等。但是，在焊接过程中,如果工艺控制不当，过渡层金属选择不合适，都会造成基层和复层金属的液态混合，生成脆性的金属间化合物，从而降低焊接接头的质量和特定性能。

目前，金属复合板的对接主要是通过逐层焊接的方法实现，对于其复层而言，由于其厚度往往较薄(约1-2mm)，通常采用添加和其匹配的填充焊丝，并以小热输入的单道或者多道TIG焊实现其连接。对于金属复合材料的基层而言，一般会根据其厚度尺寸，设计不同形式的坡口，并以多层多道的MIG或者SAW焊方式进行焊接。对于大多数的金属复合板而言，在其基层焊缝和复层焊缝之间往往还需要添加一层过渡层焊缝，来组织基层金属元素和复层金属元素的混合。但是在过渡层的焊接过程中，过渡层与基层金属和复层金属分别又生成新得金属间化合物，降低接头的力学性能。

利用激光对接焊基层金属TA2,形成激光焊缝，激光焊缝承担主要强度。使用电弧熔化焊丝并填充复层坡口焊(连)接304不锈钢，形成电弧焊缝。由于S201紫铜焊丝的熔化温度低于基层金属TA2和复层金属304不锈钢，因此在焊接过程中，TA2和304不锈钢没有完全熔化，仅发生少量的元素扩散。从而阻止Ti、Fe和Cu元素的混合及相互扩散，避免形成脆性Ti-Fe和Ti-Cu金属间化合物。激光-电弧串联焊接TA2和304不锈钢复合板的接头强度可达1250MPa；因此，激光-电弧串联焊接TA2和304不锈钢复合板的焊(连)接成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光-电弧串联焊接TA2/304不锈钢复合板的焊接方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：