[发明专利]一种适用于铝合金和钛合金连接的反应搅拌摩擦焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于铝合金和钛合金连接的反应搅拌摩擦焊接方法，属于焊接技术领域。

背景技术

钛合金具有熔点高、耐腐蚀性好、线膨胀系数和弹性模量小等优良特性，这些优良的特点使其成为工业中应用广泛的合金材料，目前，钛合金已经广泛应用于重要的承力构件。铝合金具有强度高、耐腐蚀性好、塑性好、密度小、导热和导电性能优良的特性，这使其成为工业中重要的结构材料。现今，将钛合金和铝合金采用焊接方式连接起来形成铝钛合金的复合结构已经成为工业研究的热点。现有技术中，有采用熔焊的方式连接铝合金和钛合金。然而，铝合金和钛合金的物理化学性能差距较大，采用熔焊方式连接铝合金和钛合金主要存在以下问题：

第一、铝和钛极易氧化，铝的熔点为 660.37°C，钛的熔点为1725℃，钛在600°C开始氧化，生成TiO₂，在焊缝内形成中间脆性层，使焊缝的塑性和韧性下降，焊缝加热温度越高，钛的氧化现象越严重；而铝与氧相互作用极易生成致密难容的Al₂O₃，  其熔点高达2050°，在铝和钛熔化时其依然不能熔化，从而严重的阻碍了两种合金的结合，并使焊缝中容易产生夹杂，增加金属的脆性，从而使得焊缝的塑性和韧性进一步下降；

第二、在温度高达钛的熔点时，铝及其合金元素大量烧损蒸发，使得焊缝的化学成分不均匀，从而使得焊缝的强度降低。

第三、铝和钛在不同的温度下发生反应和其它的杂质形成脆性金属间化合物，例如，在温度高达1460°C ，极易生成TiAl型金属间化合物，在温度高达1340°C时极易生成Ti₃Al型金属间化合物，从而进一步降低了焊缝的塑性和韧性。

因此，现有技术中的熔焊技术由于需要在高温下对母材进行熔化，从而使得其应用于铝钛合金的连接时不能获得优良的焊缝结构。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中熔焊技术应用于铝钛或铝钛/钛合金焊接时焊缝塑性和韧性较低的缺陷，从而提供一种能够提高焊缝塑性和韧性的用于铝钛/钛合金连接的反应搅拌摩擦焊接方法。

为此，本发明提供一种适用于铝合金和钛合金连接的反应搅拌摩擦焊接方法，至少包括以下步骤：

A.    将钛/钛合金母材待焊接的部分放入渗铝溶液中，对钛/钛合金母材待

焊接的部分的表面进行热浸铝，形成中间层铝;

B.    将热浸铝后的钛/钛合金母材与铝/铝合金母材按焊接需要拼放后形

成待焊接头，采用搅拌头对所述待焊接头进行搅拌摩擦焊接，形成焊接接头。

所述步骤A中的浸铝时间为20min-30min，在680-720℃温度下进行。

   在所述步骤A中形成的所述中间层铝的厚度为50μm-100μm。

在所述步骤B中，所述搅拌头的旋转速度为400-1000r/min，所述搅拌头

端部的搅拌针的长度为所述待焊接头厚度的0.7-0.9倍，所述搅拌头的轴肩直径d是所述搅拌针直径的3倍，焊接速度为50-150mm/min。

在所述步骤B中，所述搅拌头的旋转速度为900-950r/min，所述焊接速度为110～125mm/min。

所述步骤B中， 所述铝/铝合金母材和钛/钛合金母材至少分别具有倾斜

的搭接界面，所述铝/铝合金母材的搭接界面的水平倾斜角θ与所述钛/钛合金母材的搭接界面的水平倾斜角互为补角，两者通过搭接界面配合后形成处于同一水平面的搭接接头。

将所述水平倾斜角θ、搅拌头的轴肩直径d以及铝/铝合金母材和钛/钛合

金母材的厚度a的关系设置为：                                                             。

所述铝/铝合金母材和所述钛/钛合金母材还分别具有高度为h的竖直的

搭接界面，所述竖直的搭接界面位于所述倾斜的搭接界面的上部或下部。将所述水平倾斜角θ、搅拌头的轴肩直径d以及铝/铝合金和钛/钛合金的厚度a的关系设置为：                。

本发明还提供一种用于铝/铝合金和钛/钛合金连接的反应搅拌摩擦焊接

方法中的接头，包括铝/铝合金母材和钛/钛合金母材，所述钛/钛合金母材的焊接面上具有中间层铝。

所述中间层铝的厚度为50μm-100μm。