专利名称：铝-钛合金异种金属刮擦搅拌焊方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，具体地说是一种钛及钛合金、铝及铝 合金异种金属焊接过程中所使用的焊接方法，属熔化极电弧焊接、电 弧冶炼技术、电弧加工领域。
背景技术：
铝及铝合金、钛及钛合金都具有密度小、强度高、耐蚀性及耐热
性好等优点。在太空应用中，单位质量减重成本增值ioooo欧元以上。
钛、铝等轻质高强合金具有巨大的经济优势，已被世界各国广泛应用 于航空、航天领域。然而，钛合金密度较铝合金大而且焊接工艺性差， 又因为钛合金的成本远高于铝合金，同时在应用中，我们往往要求一 个零部件要具备几方面的特殊性能，而这却不是单一的材料能具备 的。异种材料连接部件能够最大限度的利用材料各自的优点，收到"物 尽其用"的效果。
铝、钛及其合金异种金属连接，为多种产品提出了新的思路，但 它们之间连接还存在大量的问题，其中对应用影响最大的是互溶性及
金属间化合物问题。有专著指出获得异种金属的焊接接头的主要条 件是他们之间有完全的互溶性，能够形成间隙或连续系列的固溶体。 当不具备这些条件和物理化学性能相差很大时，会产生脆性的金属间 化合物和共晶体，而难以焊接。如果金属间化合物以极细的夹杂物形化合物和共晶体，而难以焊接。如果金属间化合物以极细的夹杂物形 式弥散的分布在合金晶粒之间，则可能完全无害；而如果呈带状或针 状出现在晶界之间，或两种金属之间出现中间过渡层，就有造成金属 脆性断裂的危险。从元素周期表和铝-钛相图可见，两种金属物理化 学性质差别很大，在室温下不满足互溶性条件，在焊接时，在固态钛 和液态铝的接触线上要形成金属间化合物。所形成的化合物有Ti.,Al、
TiAl、 TiAL和TiAl:,等多种，而且化合物生长速度很快，控制不当将 布满整个接头。它们在60(TC以下具有低的延伸性和易断裂性能，金 属间化合物表现出强烈的应力集中倾向，会导致迅速脆性断裂。因此， 如何控制脆性化合物生长，或改变已生成的化合物的形态及分布将成 为解决铝、钛及其合金异种金属连接问题的关键。
国内对铝、钛及其合金异种材料连接研究很少，目前钛、铝等异 种金属的复合连接结构常用扩散连接方法进行生产。为解决去氧化膜 及化合物生长的问题，通常采用焊前去膜、真空环境下施焊的方法， 并采用加中间阻挡层的方法，限制铝-钛之间的原子扩散形成化合物 层。然而，扩散连接的设备昂贵、生产周期长、且被连接件的尺寸受 到扩散室(真空室)大小的限制。在铝、钛及其合金异种金属焊接过 程中，界面处金属间化合物的产生与生长是不可避免的，而这些金属 间化合物对接头性能有着决定性的影响，但是目前没有控制金属间化 合物生长的成熟理论及指导性工艺。这对铝、钛及其合金异种金属连 接的实际应用产生巨大的阻碍。 发明内容本发明的目的是为了解决钛及钛合金、铝及铝合金异种金属焊接 过程中的互溶性及金属间化合物问题，以及国内现有扩散连接设备昂 贵、生产周期长等缺点，提出了铝-钛合金异种金属刮擦搅拌焊方法， 该方法的具体方案如下
步骤一首先利用氩气将焊接舱l中的空气排空。将钛板或钛合 金板2进行清理后，置于空气排净且充满氩气的焊接舱1中。
步骤二启动焊接装置，选择较小的电流，利用交流钨极氩弧焊 的方法，将铝合金焊丝堆敷在钛板或钛合金板2上。
步骤三堆敷完成后，形成一层一定厚度的铝合金层3。适当加 大电流，并准备再次焊接。
步骤四将刮擦工具头4装卡在旋转的卡具5上，同时进行焊接， 使堆敷的铝合金层3重新熔化。
步骤五在焊接时利用刮擦工具头4刮擦熔池，此时刮擦工具头 4做旋转及横向往复运动。此动作一直持续至焊接结束。
步骤六焊件焊接完成后在焊接舱中冷却至室温。
本发明在焊接过程中液态熔池内采用刮擦的办法去除焊接接合 面的大片金属间化合物，并通过刮擦搅拌，使得破碎的化合物分散分
布，材料用TC4钛合金和LF6铝合金，焊机为TIG焊机，本发明焊接 效果可达到扩散焊接方法效果，本方法所用装置简单，大大降低了成 本，提高了效率。
图1是本发明铝-钛及其合金异种金属刮擦搅拌焊方法的焊接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明铝-钛及其合金异种金属刮擦搅拌焊方法 作进一步说明。实施例1，结合图1，所述的铝、钛及其合金异种金属刮擦搅拌 焊接方法是这样实现的首先利用氩气将焊接舱l中的空气排空，将 钛板或钛合金板2进行清理后，置于空气排净且充满氩气的焊接舱1 中。启动焊接装置，选择较小的电流，利用交流钨极氩弧焊的方法， 将铝合金焊丝堆敷在钛板或钛合金板2上。堆敷完成后，形成一层一 定厚度的铝合金层3。适当加大电流，并准备再次焊接。将刮擦工具头4装卡在旋转的卡具5上，同时进行焊接，使堆敷的铝合金层3重 新烙化。在焊接时利用刮擦工具头4刮擦熔池，此时刮擦工具头4做旋转及横向往复运动。此动作一直持续至焊接结束。焊件焊接完成后 在焊接舱中冷却至室温。采用刮擦工具头使焊接接合面的大片金属间化合物破碎并分散分布；氩气的作用是防止焊接中焊接金属产生氧化反应，影响焊接质 量和产生金属间化合物。实施例2，结合图1，本实施例刮擦工具头的材质为钨或铈钨或 高熔点陶瓷材料，其他组成与连接方式与实施例1相同。
权利要求
1. 铝-钛及其合金异种金属刮擦搅拌焊方法，其特征在于，焊接方法采取以下步骤步骤一首先利用氩气将焊接舱(1)中的空气排空，将钛板或钛合金板(2)进行清理后，置于空气排净且充满氩气的焊接舱(1)中；步骤二启动焊接装置，选择较小的电流，利用交流钨极氩弧焊的方法，将铝合金焊丝堆敷在钛板或钛合金板(2)上；步骤三堆敷完成后，形成一层一定厚度的铝合金层(3)，适当加大电流，并准备再次焊接；步骤四将刮擦工具头(4)装卡在旋转的卡具(5)上，同时进行焊接，使堆敷的铝合金层(3)重新熔化；步骤五在焊接时利用刮擦工具头(4)刮擦熔池，此时刮擦工具头(4)做旋转及横向往复运动，此动作一直持续至焊接结束；步骤六焊件焊接完成后在焊接舱中冷却至室温；
2、 根据权利要求1所述的铝-钛及其合金异种金属刮擦搅拌焊方法，其特征 在于刮擦工具头(4)的材质为钨或铈钨或高熔点陶瓷材料；
3、 根据权利要求1所述的铝-钛及其合金异种金属刮擦搅拌焊方法，其特征 在于刮擦工具头(4)在焊接时刮擦熔池的动作为旋转及横向往复运动。
全文摘要
本发明涉及一种钛及钛合金、铝及铝合金异种金属焊接过程中所使用的焊接方法，属熔化极电弧焊接、电弧冶炼技术、电弧加工领域。本发明是为了解决钛及钛合金、铝及铝合金异种金属焊接过程中的互溶性及金属间化合物问题，以及国内现有扩散连接设备昂贵、生产周期长等缺点，提出了铝-钛合金异种金属刮擦搅拌焊方法。本发明在焊接过程中液态熔池内采用刮擦的办法去除焊接接合面的大片金属间化合物，并通过刮擦搅拌，使得破碎的化合物分散分布，材料用TC4钛合金和LF6铝合金，焊机为TIG焊机，本发明焊接效果可达到扩散焊接方法效果，本方法所用装置简单，大大降低了成本，提高了效率。
文档编号B23K9/23GK101269436SQ200810064448
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月6日 优先权日2008年5月6日
发明者吕世雄, 孙清洁, 宋建岭, 李海超, 帅 王, 马宗起 申请人:哈尔滨工业大学