一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法

文档序号:8329845阅读:466来源:国知局
一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种异种有色金属的焊接方法,尤其涉及一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,属于焊接技术领域。
【背景技术】
[0002]现代工程中单独使用一种材料常常不能满足实际应用中的各种要求。在不同的工作条件下使用不同性能的材料,可发挥不同材料的性能优势,异种金属焊接结构越来越受到人们的重视。钛合金具有线胀系数和弹性模量小、耐蚀性优良等特性,已大量应用于重要承力构件。锆合金因具有较低的热中子吸收截面、良好的耐蚀性能等优点而成为核工业和化工工业中的重要结构材料,但锆合金表面耐热性和耐磨性差,并且价格较贵,限制了其潜能的充分发挥。
[0003]将钛合金和锆合金连接形成异种金属结构可以发挥两种材料的性能潜力,在能源、核电等领域有很好的应用前景。
[0004]实现钛合金与锆合金的焊接难度很大。I)钛合金易氧化,钛在600°C以上生成T12,阻碍界面结合,在焊缝及界面形成脆性层,增加金属的脆性。2)钛合金与锆合金的导热系数和线胀系数相差很大,在焊接加热和应力的作用下易产生裂纹。3)钛合金和锆合金都属硬脆和塑性差的材料,实现二者界面结合的焊接难度很大
[0005]采用扩散焊技术可以实现钛与锆合金的连接,但要求有性能良好的真空扩散焊设备,对被连接件的表面加工和真空度有很高的要求,而且加热、保温、冷却需要较长的时间,焊接效率低,特别是难以实现管件和棒件现场焊接。因此,若能实现对钛合金与锆合金圆形工件的可靠焊接,对简化推进钛合金与锆合金异种结构的应用将有重要的意义。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是针对现有技术的不足,提出一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,采用这种方法可获得界面结合良好、无裂纹、无脆性相的焊接接头,能够满足钛合金与锆合金异型结构在生产中的使用要求。
[0007]本发明采取的技术方案为:
[0008]一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,包括步骤如下:
[0009](I)将钛合金工件和锆合金工件的接头处进行打磨或清洗;
[0010](2)将钛合金工件和锆合金工件装卡在摩擦焊设备上,对接接头置于惰性气体保护箱内,保护箱通氩气保护;
[0011](3)旋转工件,对钛合金与锆合金接头在充氩保护箱中进行摩擦焊,焊接参数为:转速1500?2500r/min,摩擦压力15MPa?50MPa,摩擦时间1s?20s,顶端压力10MPa?200MPa ;
[0012](4)焊接结束后,焊接接头在惰性气体保护下自然冷却。
[0013]上述钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法中,钛合金工件和锆合金工件为管件或棒状工件,优选直径20mm?80mm。
[0014]步骤(I)中将钛合金和锆合金工件用碱洗法清洗,清洗后在2h内焊接。碱洗法清洗步骤是,以体积浓度为15%的NaOH溶液,在不低于15°C的室温条件下清洗被焊接件1min?15min,之后用清水冲洗,然后在体积浓度为30%的硝酸水溶液中清洗,再用清水冲洗后,在40°C?50°C条件下烘干。所述钛合金工件优选为T1-6A1-4V管材或棒材。所述锆合金工件优选为R60702管材或棒材,供货状态为冷轧+去应力退火。
[0015]步骤(2)氩气纯度大于99.9%,氩气流量20L/min?25L/min。
[0016]本发明采用惰性气体保护的摩擦焊工艺,实现直径20mm?80mm钛合金与错合金管材或棒材的可靠连接。常规的摩擦焊工艺没有惰性气体保护,难以用于钛合金和锆合金的焊接,因为钛合金和锆合金都是硬脆和塑性差的材料,而且钛合金极易氧化,用常规摩擦焊技术无法实现钛合金与错合金的可靠连接。
[0017]采用本发明提出的钛合金与锆合金异种金属的气体保护摩擦焊方法,焊接效率高,操作方便灵活,成本低,可获得无裂纹、无脆性化合物的焊接接头。与常规摩擦焊方法相比,本发明提出的钛合金与锆合金气体保护摩擦焊的焊接质量明显提高,焊接接头抗拉强度不低于钛合金母材的抗拉强度,能够满足生产中对钛合金与锆合金异种金属构件的使用要求。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例进一步说明。
[0019]实施例1:
[0020]TC4钛合金(T1-6A1-4V)与锆合金管材的气体保护摩擦焊。TC4钛合金管材和R60702错合金管材的尺寸规格均为直径50mm、壁厚6mm、长度80mm。
[0021]具体的钛合金与锆合金管材气体保护摩擦焊的工艺步骤如下:
[0022](I)施焊前对钛合金和错合金管材的接头处进行砂纸打磨,直至打磨出金属光泽。
[0023](2)将钛合金与锆合金管材工件装卡在摩擦焊设备上,管材对接接头置于惰性气体保护箱内,通氩气保护,氩气纯度大于99.9 %,氩气流量20L/min。
[0024](3)旋转工件,对钛合金与锆合金管件接头在充氩保护箱中进行摩擦焊,焊接参数为:转速1800r/min,摩擦压力16MPa,摩擦时间12s,顶端压力120MPa。
[0025](4)焊接结束后,钛合金与锆合金接头在保护箱中惰性气体保护下自然冷却。
[0026]获得的TC4钛合金与R60702锆合金摩擦焊接头成形良好。经过低倍放大镜和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷,满足被连接件的使用要求。
[0027]实施例2:
[0028]TA15钛合金与R60702锆合金棒材的气体保护摩擦焊。TA15钛合金棒材和R60702错合金棒材的尺寸规格均为直径40_、长度120_。
[0029]具体的钛合金与错合金棒材气体保护摩擦焊的工艺步骤如下:
[0030](I)施焊前对圆棒状钛合金和锆合金的接头处用碱洗法清洗,清洗步骤是:以体积百分比为15% NaOH溶液的水溶液,在15°C的室温条件下清洗钛合金和锆合金件12min,之后用清水冲洗,然后在体积百分比为30%的硝酸水溶液中清洗,再用清水冲洗后,在40°C条件下烘干。
[0031](2)将钛合金与锆合金棒状工件装卡在摩擦焊设备上,对接接头置于惰性气体保护箱内。保护箱通氩气(Ar)保护,氩气纯度大于99.9%,氩气流量25L/min。
[0032](3)旋转工件,对钛合金与锆合金棒状接头在充氩保护箱中进行摩擦焊,焊接参数为:转速2200r/min,摩擦压力26MPa,摩擦时间18s,顶端压力190MPa。
[0033](4)焊接结束后,焊接接头在保护箱中氩气保护下自然冷却。
[0034]通过上述工艺获得的TA15钛合金与R60702锆合金棒材接头成形良好。经过低倍放大镜和金相显微镜观察没有发现裂纹、气孔等微观缺陷,接头区结合良好,满足被连接件使用技术要求。
【主权项】
1.一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,包括步骤如下: (1)将钛合金工件和锆合金工件的接头处进行打磨或清洗; (2)将钛合金工件和锆合金工件装卡在摩擦焊设备上,对接接头置于惰性气体保护箱内,保护箱通氩气保护; (3)旋转工件,对钛合金与锆合金接头在充氩保护箱中进行摩擦焊,焊接参数为:转速1500?2500r/min,摩擦压力15MPa?50MPa,摩擦时间1s?20s,顶端压力10MPa?200MPa ; (4)焊接结束后,焊接接头在惰性气体保护下自然冷却。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,钛合金工件和锆合金工件为管件或棒状工件。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,钛合金工件和错合金工件直径20mm?80mm。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,所述钛合金工件为T1-6A1-4V管材或棒材;所述锆合金工件为R60702管材或棒材。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,步骤(I)中将钛合金和锆合金工件用碱洗法清洗,清洗后在2h内焊接,碱洗法清洗步骤是:以体积浓度为15%的NaOH溶液,在不低于15°C的室温条件下清洗被焊接件1min?15min,之后用清水冲洗,然后在体积浓度为30%的硝酸水溶液中清洗,再用清水冲洗后,在40°C?50°C条件下烘干。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,其特征是,步骤(2)氩气纯度大于99.9%,氩气流量20L/min?25L/min。
【专利摘要】本发明涉及一种钛合金与锆合金的气体保护摩擦焊方法,将钛合金工件和锆合金工件的接头处进行打磨或清洗;将钛合金工件和锆合金工件装卡在摩擦焊设备上,对接接头置于惰性气体保护箱内,保护箱通氩气保护;旋转工件,对钛合金与锆合金接头在充氩保护箱中进行摩擦焊,焊接结束后,焊接接头在惰性气体保护下自然冷却。采用本发明提出的钛合金与锆合金异种金属的气体保护摩擦焊方法,焊接效率高,操作方便灵活,成本低,可获得无裂纹、无脆性化合物的焊接接头。
【IPC分类】B23K20-24, B23K20-12
【公开号】CN104646821
【申请号】CN201510010432
【发明人】李亚江, 张永兰, 刘坤
【申请人】山东大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月8日
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