专利名称：一种电子束焊接ta15钛合金与铬青铜异种材料的方法
技术领域：
本发明涉及TA15钛合金与QCrO. 8铬青铜合金异种材料电子束焊接方法，属于异 种材料熔化焊接领域。
背景技术：
TA15钛合金是一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、塑韧性好、耐热耐蚀 性好、可加工性好等特点，在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应 用价值。QCrO. 8铬青铜合金具有优良的导电导热性能、延展性和优良的抗腐蚀性能。因而 在电气、电子、化工、动力、交通及航空航天等工业及军事部门都得到了广泛的应用。异种材料的焊接日益受到人们的重视，其特点是能够最大限度地利用材料的各自 优点满足现代生产对材料结构性能多方面的要求，在某些情况下，异种材料的综合性能甚 至超过单一金属结构。TA15钛合金与QCrO. 8铬青铜合金异种材料的有效连接既能满足导热性、耐磨性、 耐蚀性的要求，又能满足轻质高强的要求，在航空航天、造船、仪表等领域必将拥有广阔的 应用前景。采用现有的电子束焊接方法实现TA15钛合金与铬青铜异种材料的焊接，在焊缝 中容易形成由金属间化合物组成的层状组织结构，该种层状组织结构是接头中的薄弱位 置，使异种材料的接头位置的抗拉强度降低。目前国内外解决这一问题的合理方法尚未见 报道。
发明内容
本发明的目的在于解决TA15钛合金与铬青铜异种材料电子束焊接容易产生金属 间化合物层状结构，进而导致焊接接头抗拉强度低的问题。本发明所述的电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其焊接对象为 TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材，所述焊接方法采用两次焊接的方法完成焊接， 具体过程为在对焊缝完成焊接之后，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金母材一侧移 动0. 2mm 1. 0mm，进行第二次焊接。当所述TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材均为厚度为1. 5mm 5. 0mm的 板材时，本发明所述的焊接方法的具体过程为步骤一、将待焊接的TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材进行预处理；步骤二、调整TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材的相对位置，使两块板材 的对接面的高度差小于0. 2mm,并且使两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm ；然后用夹具固定 保证两块板材之间的相对位置不变；步骤三、将步骤二获得的固定后的两块板材放入真空室内，对该真空室抽真空，使 得该真空室内的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa范围；步骤四、将电子束聚焦至两块板材的对接缝隙处，从该缝隙的一端开始焊接直到另一端为止；焊接时的工作距离为150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流 为15mA 50mA，焊接速度为4mm/s 12mm/s ；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材一侧移动0. 2mm 1. 0mm，然 后开始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时的加速电压为 55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s ；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完 成。当所述TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材均为壁厚为1. 5mm 5. 0mm的 管材时，焊接的焊缝为环形对接焊缝，本发明所述的焊接方法的过程为步骤一、对待焊接的TA15钛合金管材和QCrO. 8铬青铜合金的管材进行预处理；步骤二、调整两根管材的相对位置，使两根管材的对接面的错边小于0.2mm，并且 该两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm，然后用夹具固定，使得两根管材之间相对位置不变；步骤三、将固定好的两根管材放入真空室内，抽真空，使得该真空室内的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之间；步骤四、将电子束聚焦至两根管材的对接缝隙处，开始焊接，焊接时的工作距离为 150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为15mA 50mA，焊接速度为5mm/ s 12mm/s，焊接行程为450度；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管件侧进行移动0. 2mm 1. 0mm, 然后开始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时加速电压为 55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s，焊接行程 为450度；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完 成。本发明所述的TA15钛合金成分为A1 :5. 5 7. 0% (重量)、V :() 8 2. 5% (重 量)、& 5 2. 5% (重量)、Mo :() 5 2. 0% (重量)、余量为Ti ；QCrO. 8铬青铜合金 成分为Cr :0.4 0. 7% (重量)、杂质<0.8% (重量)，余量为Cu。采用常规的电子束焊接方法对TA15钛合金与QCrO. 8铬青铜合金进行焊接接头强 度较低，仅为QCrO. 8铬青铜合金母材的40 %左右。本发明与常规焊接方法不同之处在于利 用叠加焊接的方法，分别对TA15钛合金与QCrO. 8铬青铜合金的对接面、偏向QCrO. 8铬青 铜合金侧一定距离进行电子束焊接。一方面可以使TA15钛合金与QCrO. 8铬青铜合金焊缝 形成良好的冶金结合，接头没有气孔、裂纹等焊接缺陷；另一方面能够将焊缝与QCrO. 8铬 青铜合金侧形成的金属间化合物层状结构减弱甚至消除，获得连续分布的焊缝组织，从而 可将接头抗拉强度提高到QCrO. 8铬青铜合金母材的70%以上，能够获得优质高强的连接 接头。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种 材料的方法，其焊接对象为TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材，所述焊接方法为 采用两次焊接的方法完成焊接，具体过程为在对焊缝完成焊接之后，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金母材一侧移动0. 2mm 1. 0mm，进行第二次焊接，本实施方式所述的TA15 钛合金成分为A1 :5.5 7.0% (重量)、乂0.8 2.5% (重量)、& 1. 5 2. 5 % (重 量)、Mo :0. 5 2. 0% (重量)、余量为Ti ；QCrO. 8铬青铜合金成分为Cr :0. 4 0. 7% (重 量)、杂质<0.8% (重量)，余量为Cu。本实施方式通过设计电子束聚焦焊接位置，利用叠加焊接的方法改善接头组织结 构，减少或者消除金属间化合物的不利影响，获得优质高强的连接接头。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的一个具体实施例，本实施方式中的TA15钛合金母材与 QCrO. 8铬青铜合金母材均是厚度为1. 5mm 5. 0mm的板材，具体焊接方法为步骤一、将待焊接的TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材进行预处理；步骤二、调整TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材的相对位置，使两块板材 的对接面的高度差小于0. 2mm,并且使两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm ；然后用夹具固定 保证两块板材之间的相对位置不变，然后执行步骤三；步骤三、将步骤二获得的固定后的两块板材放入真空室内，对该真空室抽真空，使 得该真空室内的真空度在5 X 10_2Pa至5 X 10_4Pa范围；步骤四、将电子束聚焦至两块板材的对接缝隙处，从该缝隙的一端开始焊接直到 另一端为止；焊接时的工作距离为150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流 为15mA 50mA，焊接速度为4mm/s 12mm/s ；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材一侧移动0. 2mm 1. 0mm，然 后开始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时的加速电压为 55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s ；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，，焊接完 成。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
二所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，步骤一中所述的预处理包括机械打磨和化学清 洗。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
二所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，所述步骤二中所述的固定方式采用上表面加载 方式。具体可以分别对两块板材的两端的端点施加压力，保证焊接过程中试件不发生移动。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
二所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，步骤三中所述的真空室内的真空度在5X10_3Pa 至 5Xl(T4Pa。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
二所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，所述焊接对象的厚度是1. 5mm 3. 0mm，在焊接 过程中，在步骤四中，电子束流为15mA 30mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s ；在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材一侧移动0. 2mm 0. 6mm,然后开始第二次焊接，此次焊接的电子束流为12mA 25mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
二所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，所述焊接对象的厚度是3. 5mm 5. 0mm，在焊接 过程中在步骤四中，电子束流为30mA 50mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s ； 在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材移动0. 6 1. 0mm，然后 开始第二次焊接，此次焊接的电子束流为25mA 45mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的一个具体实施例，本实施方式中的TA15钛合金母材与 QCrO. 8铬青铜合金母材都是壁厚为1. 5mm 5. 0mm的管材，焊接的焊缝为环形对接焊缝，具 体步骤为步骤一、对待焊接的TA15钛合金管材和QCrO. 8铬青铜合金的管材进行预处理；步骤二、调整两根管材的相对位置，使两根管材的对接面的错边小于0. 2mm,并且 该两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm，然后用夹具固定，使得两根管材之间相对位置不变；步骤三、将固定好的两根管材放入真空室内，抽真空，使得该真空室内的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之间；步骤四、将电子束聚焦至两根管材的对接缝隙处，开始焊接，焊接时的工作距离为 150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为15mA 50mA，焊接速度为5mm/ s 12mm/s，焊接行程为450度；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管件侧进行移动0. 2 1. 0mm, 然后开始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时加速电压为 55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s，焊接行程 为450度；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完 成。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
八所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，步骤一中所述的预处理包括机械打磨和化学清 洗。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
八所述的一种电子束焊接TA15钛 合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，在步骤二中所述的固定方式采用两端均勻加载 的方式。具体可以分别对两根管件的两端施加压力，保证焊接过程中试件不发生移动。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
八所述的一种电子束焊接 TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，步骤三中所述的真空室内的真空度在 5Xl(T3Pa 至 5Xl(T4Pa。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
八所述的一种电子束焊接TA15 钛合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，所述焊接对象的壁厚是1. 5mm 3. 0mm，在焊 接过程中在步骤四中，电子束流为15mA 30mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s ；在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管件侧进行移动0. 2mm 0. 6mm，然后开始第二次焊接，此次焊接中的电子束流为12mA 25mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
八所述的一种电子束焊接TA15 钛合金与铬青铜异种材料的方法的区别在于，所述焊接对象的壁厚是3. Omm 5. 0mm，在焊 接过程中在步骤四中，电子束流为30mA 50mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s ；在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管材侧移动0. 6mm 1. Omm, 然后开始第二次焊接，此次焊接中的电子束流为25mA 45mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s。
权利要求
一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其焊接对象为TA15钛合金母材与QCr0.8铬青铜合金母材，采用电子束焊接方法对焊缝进行焊接，其特征在于，所述焊接方法采用两次焊接的方法完成焊接，具体过程为在对焊缝完成焊接之后，将电子束聚焦位置向QCr0.8铬青铜合金母材一侧移动0.2mm～1.0mm，进行第二次焊接，所述的TA15钛合金成分为Al5.5～7.0％(重量)、V0.8～2.5％(重量)、Zr1.5～2.5％(重量)、Mo0.5～2.0％(重量)、余量为Ti；QCr0.8铬青铜合金成分为Cr0.4～0.7％(重量)、杂质≤0.8％(重量)，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，所述TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材均是厚度为1. 5mm 5. 0mm的板 材，具体焊接过程为步骤一、将待焊接的TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材进行预处理； 步骤二、调整TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金板材的相对位置，使两块板材的对 接面的错边小于0. 2mm,并且使两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm ；然后用夹具固定两块板 材，使得两块板材之间的相对位置不变；步骤三、将步骤二获得的固定后的两块板材放入真空室内，对该真空室抽真空，使得该 真空室内的真空度在5X10_2Pa至5X10_4Pa范围内；步骤四、将电子束聚焦至两块板材的对接缝隙处，从该缝隙的一端开始焊接直到另一 端为止；焊接时的工作距离为150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为 15mA 50mA，焊接速度为4mm/s 12mm/s ；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材一侧移动0. 2mm 1. 0mm，然后开 始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时的加速电压为55kV， 聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s ；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完成。
3.根据权利要求2所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，步骤一中所述的预处理包括机械打磨和化学清洗。
4.根据权利要求2所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，步骤二中所述的固定方式为上表面加载方式。
5.根据权利要求2所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，所述焊接对象为厚度是1. 5mm 3. 0mm的TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金 板材，在焊接过程中，在步骤四中，电子束流为15mA 30mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s ； 在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材一侧移动0. 2mm 0. 6mm，然 后开始第二次焊接，此次焊接的电子束流为12mA 25mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s。
6.根据权利要求2所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，所述焊接对象为厚度是3. 5mm 5. 0mm的TA15钛合金板材与QCrO. 8铬青铜合金 板材，在焊接过程中在步骤四中，电子束流为30mA 50mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s ； 在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金板材移动0. 6mm 1. 0mm，然后开 始第二次焊接，此次焊接的电子束流为25mA 45mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s。
7.根据权利要求1所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，所述TA15钛合金母材与QCrO. 8铬青铜合金母材是两根壁厚为1. 5mm 5. 0mm的 管材，焊接的焊缝为环形对接焊缝，具体步骤为步骤一、对待焊接的TA15钛合金管材和QCrO. 8铬青铜合金的管材进行预处理；步骤二、调整两根管材的相对位置，使两根管材的对接面的高度差小于0. 2mm，并且该 两个对接面之间的缝隙小于0. 1mm，然后用夹具固定，使得两根管材之间相对位置不变；步骤三、将固定好的两根管材放入真空室内，抽真空，使得该真空室内的真空度在 5 X l(T2Pa 至 5 X l(T4Pa 之间；步骤四、将电子束聚焦至两根管材的对接缝隙处，开始焊接，焊接时的工作距离为 150mm，加速电压为55kV，聚焦电流为2590mA，电子束流为15mA 50mA，焊接速度为5mm/ s 12mm/s，焊接行程为450度；步骤五、将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管件侧进行移动0. 2mm 1. 0mm，然后 开始第二次焊接，此次焊接的轨迹与步骤四中的焊接轨迹相平行，焊接时加速电压为55kV， 聚焦电流为2590mA，电子束流为12mA 45mA，焊接速度为5mm/s 12mm/s，焊接行程为450 度；步骤六、真空室冷却8min至12min，然后去真空并取出焊接完成的试件，焊接完成。
8.根据权利要求7所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，在步骤二中所述的固定方式采用两端均勻加载的方式。
9.根据权利要求7所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其特 征在于，所述焊接对象为壁厚是1. 5mm 3. 0mm的TA15钛合金管材与QCrO. 8铬青铜合金 管材，在焊接过程中在步骤四中，电子束流为15mA 30mA，焊接速度为8mm/s 12mm/s ；在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管件侧进行移动0. 2mm 0. 6mm, 然后开始第二次焊接，此次焊接中的电子束流为12mA 25mA，焊接速度为8mm/s 12mm/So
10.根据权利要求7所述的一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，其 特征在于，所述焊接对象为两根壁厚为3. 0mm 5. 0mm的TA15钛合金管材和QCrO. 8铬青 铜合金的管材，在焊接过程中在步骤四中，电子束流为30mA 50mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s ；在步骤五中，将电子束聚焦位置向QCrO. 8铬青铜合金管材侧移动0. 6mm 1. 0mm,然后 开始第二次焊接，此次焊接中的电子束流为25mA 45mA，焊接速度为5mm/s 8mm/s。
全文摘要
一种电子束焊接TA15钛合金与铬青铜异种材料的方法，属于异种材料熔化焊接领域。它解决了现有TA15钛合金和铬青铜异种材料电子束焊接容易产生金属间化合物层状结构，进而导致焊接接头抗拉强度低的问题。本发明的焊接对象为TA15钛合金母材与QCr0.8铬青铜合金母材，本发明采用两次电子束焊接完成焊接，首先采用现有焊接方法对TA15钛合金母材与QCr0.8铬青铜合金母材的接头处进行焊接，然后将电子束聚焦位置向QCr0.8铬青铜合金母材侧移动0.2mm～1.0mm进行第二次焊接。本发明通过设计电子束聚焦焊接位置，利用叠加焊接的方法改善接头组织结构，减少金属间化合物的不利影响。本发明适用于对TA15钛合金与QCr0.8铬青铜合金两种材料的板材或者管材等进行焊接。
文档编号B23K15/06GK101913022SQ20101027814
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者冯吉才, 刘伟, 张秉刚, 王廷, 陈国庆 申请人:哈尔滨工业大学