专利名称：用于tc4与718钢的超声波复合电阻焊方法
技术领域：
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种超声波复合电阻焊装置，本发明还涉及利用该装置用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法。
背景技术：
钛及其合金比强度高，耐蚀性能好，是重要的宇航结构材料和化工材料。但因钛金属价格较高，工程上常用钛-钢异种金属结构，既可满足使用性能要求，又节约了钛材。制造钛-钢复合结构的关键是解决钛与钢的焊接问题。钛与钢的物理性能以及结晶化学性能均相差较大，焊接时易在焊缝中形成多种脆性金属间化合物及碳化物，加上钛与钢接头因热膨胀系数相差较大而存在较大的内应力， 导致接头极易开裂。为此，工程中常避免钛与钢的熔焊，而采用压焊和钎焊方法。即使在固态下焊接，由于母材组元的相互扩散和迁移，也会在结合面附近形成一个金属间化合物和碳化物的薄层，极易导致接头脆断。目前，钛及钛合金与钢的连接主要包括爆炸焊、摩擦焊、扩散焊、钎焊等。但也往往因金属间化合物相的存在而使接头性能弱化，尤其是焊接缺陷加重了焊接质量的不确定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法，解决了现有技术无法逾越的金属间化合物导致的接头性能降低及焊接接头夹杂等问题。本发明所采用的技术方案是，一种用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法， 利用一种超声波复合电阻焊装置，该装置的结构是，包括超声波发生器，超声波发生器通过电声换能器与传送杆连接，传送杆与振动头连接，振动头的上端设置有加压块，振动头的下端与三相直流电阻焊机的上电极连接，上电极的下方间隔设置有三相直流电阻焊机的下电极，依赖上述装置，该方法按照以下步骤具体实施步骤1、将需要焊接的TC4钛合金板、金属中间过渡层及718钢板用丙酮进行清洗， 然后对焊接部位进行搭接装配，使得TC4钛合金板、金属中间过渡层与718钢板的搭接区域中心部位位于三相直流电阻焊机的上电极和下电极的轴线上；步骤2、超声波介入及加压将超声波发生器的振动头固定在三相直流电阻焊机的上电极上，在振动头的上方安装加压块；步骤3、进行焊接操作3. 1)设定超声波发生器及三相直流电阻焊机的工作参数；3. 2)给上电极施加焊接压力；3. 3)先给三相直流电阻焊机和超声波发生器供电，然后合上三相直流电阻焊机的电路开关，开始进行TC4钛合金板与718钢板的超声波复合电阻焊接；3. 4)到达设定时间，超声波发生器及三相直流电阻焊机自动断电，焊接过程结束， 即成。本发明装置及方法，将电阻焊方法与超声波振动相结合，不仅可借助超声波的“超声空化”和弹性振动效应，利用机械冲击波破坏被焊金属及中间层合金表面的氧化膜，而且还能够产生瞬时的高温，大大降低电阻焊能量，减小焊接金属的受热程度，缩短焊接时间， 抑制金属间化合物的产生，提高焊接接头性能。同时，在两被焊板材之间添放金属中间过渡层，改变焊接界面的接触电阻状态，实现TC4钛合金与718钢的焊接，焊件的受热脆化现象明显降低。
图1为本发明方法使用的超声波复合电阻焊装置的结构示意图。图中，1.TC4钛合金板，2. 718钢板，3.上电极，4.下电极，5.振动头，6.加压块， 7.传送杆，8.电声换能器，9.超声波发生器，10.绝缘层，11.金属中间过渡层。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1，本发明方法使用的超声波复合电阻焊装置的结构是，包括超声波发生器 9，超声波发生器9通过电声换能器8与传送杆7连接，传送杆7与振动头5 (声极)连接， 振动头5的上端设置有加压块6，振动头5的下端设置有绝缘层10，绝缘层10的下端与三相直流电阻焊机的上电极3连接，上电极3的下方间隔设置有三相直流电阻焊机的下电极 4，上电极3与下电极4之间用于放置需要焊接的TC4钛合金板1和718钢板2，TC4钛合金板1和718钢板2的焊接点处为金属中间过渡层11，是上电极3与下电极4共同进行超声波辅助储能焊接的位置。本发明的用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法，使用上述的焊接装置，对焊接TC4钛合金板与718钢板焊接，获得了比较理想的焊接接头，超声波的导入和电阻焊能量控制是两个关键性环节。超声波的导入方式是，将超声波发生器9的振动头5固定在三相直流电阻焊机的上电极3上，振动头5上方直接与气动加压装置(加压块)6相连，通过上电极3的振动将超声波导入焊接区，对TC4钛合金板与718钢板进行点焊。本发明的用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法，利用上述装置，按照以下步骤具体实施步骤1、将需要焊接的TC4钛合金板1、金属中间过渡层11及718钢板2用丙酮进行清洗，然后对焊接部位进行搭接装配，使得TC4钛合金板1、金属中间过渡层11与718钢板2的搭接区域中心部位位于三相直流电阻焊机的上电极3和下电极4的轴线上；步骤2、超声波介入及加压将超声波发生器9的振动头5固定在三相直流电阻焊机的上电极3上，在振动头 5的上方安装加压块6 (或气动加压装置)；步骤3、进行焊接操作
3. 1)设定超声波发生器9及三相直流电阻焊机的工作参数，超声波发生器9的参数设置为功率P = 80W,谐振频率f = 80-100kHz，振幅A = O. 1-5. Oym,持续时间t = 30-120s ；三相直流电阻焊机的参数设置为功率W = 120KW，焊接电流I = 8-20KA，焊接压力 F = 5-15KN，通电时间 t = 100-200s ；3. 2)给上电极3施加焊接压力；3. 3)先给三相直流电阻焊机和超声波发生器9供电，然后合上三相直流电阻焊机的电路开关，开始进行TC4钛合金板与718钢板的超声波复合电阻焊接；3. 4)到达设定时间，超声波发生器9及三相直流电阻焊机自动断电，焊接过程结束，即成。实施例1设置超声波发生器9的工作参数功率P = 80W,谐振频率f = 80kHz，振幅A = 0. 1-5.0 μ m，持续时间t = 120s ；设置三相直流电阻焊机工作参数功率W= 120KW，焊接电流I = 18KA，焊接压力F = 10KN，通电时间t = 120s。通过在两焊件之间放置厚度约 40-60 μ m的V/Ni双金属作中间过渡层，实现了厚度2. Omm的TC4钛合金板与718钢板的焊接，接头的剪切强度达到381MPa。实施例2设置超声波发生器9的工作参数功率P = 80W,谐振频率f = 100kHz，振幅A = 0. 1-5. 0 μ m，持续时间t = 60s ；设置三相直流电阻焊机工作参数功率W = 120KW，焊接电流I = 10KA，焊接压力F = 15KN，通电时间t = 180s。通过在两焊件之间放置厚度约 40-60 μ m的V/Ni双金属作中间过渡层，实现了厚度为2. Omm的3Cr2NiMo钢与Ti_6Al_4V 钛合金的焊接，连接接头的剪切强度达413MPa。实施例3设置超声波发生器9的工作参数功率P = 80W,谐振频率f = 90kHz，振幅A = 0. 1-5. 0 μ m，持续时间t = 40s ；设置三相直流电阻焊机工作参数功率W = 120KW，焊接电流I = 8KA，焊接压力F = 14KN，通电时间t = 200s。通过在两焊件之间放置厚度约 40-60 μ m的V/Ni双金属作中间过渡层，实现了厚度1. 5mm的TC4钛合金板与718钢板的焊接，接头的剪切强度达到403MPa。实施例4设置超声波发生器9的工作参数功率P = 80W,谐振频率f = 100kHz，振幅A = 0. 1-5.0 μ m，持续时间t = 120s ；设置三相直流电阻焊机工作参数功率W = 120KW，焊接电流I = 9KA，焊接压力F = 7KN，通电时间t = 120s。通过在两焊件之间放置厚度约40-60 μ m 的V/Ni双金属作中间过渡层，实现了厚度为1. Omm的3Cr2NiMo钢与Ti_6Al_4V钛合金的焊接，连接接头的剪切强度达397MPa。实施例5设置超声波发生器9的工作参数功率P = 80W,谐振频率f = 100kHz，振幅A = 0. 1-5.0 μ m，持续时间t = 120s ；设置三相直流电阻焊机工作参数功率W = 120KW，焊接电流I = 8KA，焊接压力F = 5KN，通电时间t = 150s。通过在两焊件之间放置厚度约40-60 μ m 的V/Ni双金属作中间过渡层，实现了厚度为0. 5mm的3Cr2NiMo钢与Ti_6Al_4V钛合金的焊接，连接接头的剪切强度达422MPa。
权利要求
1.一种用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法，其特点在于利用一种超声波复合电阻焊装置，该装置的结构是，包括超声波发生器(9)，超声波发生器(9)通过电声换能器(8)与传送杆(7)连接，传送杆(7)与振动头( 连接，振动头(5)的上端设置有加压块(6)，振动头(5)的下端与三相直流电阻焊机的上电极C3)连接，上电极(3)的下方间隔设置有三相直流电阻焊机的下电极G)，依赖上述装置，该方法按照以下步骤具体实施步骤1、将需要焊接的TC4钛合金板(1)、金属中间过渡层(11)及718钢板(2)用丙酮进行清洗，然后对焊接部位进行搭接装配，使得TC4钛合金板(1)、金属中间过渡层(11)与 718钢板O)的搭接区域中心部位位于三相直流电阻焊机的上电极(3)和下电极的轴 ^^ —t- 步骤2、超声波介入及加压将超声波发生器(9)的振动头(5)固定在三相直流电阻焊机的上电极C3)上，在振动头(5)的上方安装加压块(6)；步骤3、进行焊接操作3. 1)设定超声波发生器(9)及三相直流电阻焊机的工作参数；3. 2)给上电极(3)施加焊接压力；3. 3)先给三相直流电阻焊机和超声波发生器(9)供电，然后合上三相直流电阻焊机的电路开关，开始进行TC4钛合金板(1)与718钢板O)的超声波复合电阻焊接；3.4)到达设定时间，超声波发生器(9)及三相直流电阻焊机自动断电，焊接过程结束， 即成。
2.根据权利要求1所述的超声波复合电阻焊方法，其特点在于，所述的超声波发生器 (9)的设置参数为功率P = 80W,谐振频率f = 80-100kHz，振幅A = O. 1-5. Oym,持续时间 t = 30-120s。
3.根据权利要求1所述的超声波复合电阻焊方法，其特点在于，所述的三相直流电阻焊机的主要技术参数是功率W = 120KW，焊接电流I = 8-20KA，焊接压力F = 5-15KN，通电时间 t = 100-200s。
全文摘要
本发明公开了一种用于TC4与718钢的超声波复合电阻焊方法，包括以下步骤具体实施1)将需要焊接的TC4钛合金板、金属中间过渡层与718钢板的搭接区域中心部位位于三相直流电阻焊机的上电极和下电极的轴线上；2)超声波介入及加压；3)进行焊接操作设定超声波发生器及三相直流电阻焊机的工作参数；给上电极施加焊接压力；先给三相直流电阻焊机和超声波发生器供电，然后合上三相直流电阻焊机的电路开关，开始进行TC4钛合金板与718钢板的超声波复合电阻焊接；到达设定时间，即成。本发明的方法，解决了现有技术无法逾越的金属间化合物导致的接头性能降低及焊接接头夹杂的问题。
文档编号B23K31/02GK102248313SQ20111016669
公开日2011年11月23日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者徐锦锋, 翟秋亚, 陆天宇 申请人:西安理工大学