AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金激光焊接方法一一偏置激光与TIG电弧并行排列复合焊接方法。
【背景技术】
[0002]Ti2AlNb基合金作为第二代O相合金，具有良好的室温塑性、断裂韧性和高温抗氧化性能，能在600?800°C长时间使用、1000°C以上短时间使用，是替代镍基合金最具前景的轻质耐高温航空发动机材料之一。而宇航部件多为复杂构件，多数需要进行同种或异种材料之间的连接，当涉及到Ti2AlNb基金属间化合物与其他异种钛合金激光焊接时，由于两种母材的熔点、热导率、热膨胀系数等热物理学参数不一致，焊缝为不对称的漏斗形，并且容易出现气孔等缺陷，严重影响焊缝的性能，如图1所示。即使为了解决不同母材的物理等性质不同造成的焊缝不对称，把激光光束偏置到某一侧母材一定的距离，也易产生错边等缺陷，严重影响焊缝力学性能，如图2所示。
[0003]这些缺点限制了 Ti2AlNb基合金与异种钛合金激光焊接在航空航天中的普及和应用。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提出了一种针对Ti2AlNb基合金与异种钛合金激光焊接的方法:即Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法。
[0005]本发明的一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法，它是按照以下步骤进行:
[0006]步骤一:焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；其中，待焊工件为Ti2AlNb基金属间化合物和异种钛合金；
[0007]步骤二:将激光和TIG焊接共同作用在被焊区域，设置几何参数:离焦量为-3?+ 3mm ；
[0008]步骤三:设置激光-TIG复合焊接的焊接参数:电弧电流为50?500A，焊枪与竖直方向夹角为10°?45°，焊接速度为50?500mm/min，保护气为惰性气体；激光功率为500 ?10，OOOff ；
[0009]步骤四:启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0?2.0s后，发射激光，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行焊接，即完成。
[0010]本发明包含以下有益效果:
[0011]本发明采用偏置激光与TIG电弧并行排列复合焊接方法主要是在Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金激光-TIG复合焊接过程中，采用激光与TIG电弧垂直于焊缝方向的并行放置方式进行焊接，其中激光位于高熔点母材一侧，且激光束焦点聚焦在在对接焊缝高熔点母材一侧的边缘，并呈一定角度入射；TIG电弧位于焊缝间隙中心，如图3所示。激光作用于高熔点母材一侧，利用了激光能量密度高的优势，使得高熔点母材在低激光功率下能够充分熔化，而TIG电弧的作用面积大，作用于间隙中心，可以在很好的熔化低熔点母材的同时，与激光相互耦合。其中，本发明可以采用焊枪与激光工作头的一体化设计，保证了焊接的精度性，焊枪与激光头的连线垂直于焊缝方向，复合工作头随着机器人共同完成焊接过程。
[0012]在Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接时，偏置激光-TIG电弧并行排列复合焊接相比于激光焊接的优点表现为以下几点:
[0013]1、由于焊缝两侧的母材为不同钛合金，其熔点等物理性质各不相同，激光作用于高熔点母材一侧，TIG电弧作用于低熔点母材一侧，相对激光焊接时，可以降低焊接热输入，减少高温峰值停留时间，减少焊缝高温金属间化合物，从而降低高温脆性。
[0014]2,TIG电弧的加入，改善了焊接热循环，发挥了激光和TIG电弧两种热源的相互耦合作用，比激光焊接时更加稳定，降低激光功率，从而降低激光焊接成本，提高焊缝质量。
[0015]3、激光和TIG电弧两个热源垂直于焊接方向排列，作用区域的增大，极大地降低了激光焊接时焊缝的定位精度，增加了焊接过程的适应性。
【附图说明】
[0016]图1为Ti2AlNb基合金与TC4合金激光焊接焊缝组织；
[0017]图2为光束偏置时Ti2AlNb基合金与TC4合金激光焊接焊缝组织；
[0018]图3为本发明偏置激光与TIG电弧并行排列复合焊接横截面示意图；
[0019]图4为本发明偏置激光与TIG电弧并行排列复合焊接成型示意图。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式的一种Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接的方法，它是按照以下步骤进行:
[0021]步骤一:焊接前，将待焊工件表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；其中，待焊工件为Ti2AlNb基金属间化合物和异种钛合金；
[0022]步骤二:将激光和TIG焊接共同作用在被焊区域，设置几何参数:离焦量为-3?+ 3mm ；
[0023]步骤三:设置激光-TIG复合焊接的焊接参数:电弧电流为50?500A，焊枪与竖直方向夹角为10°?45°，焊接速度为50?500mm/min，保护气为惰性气体；激光功率为500 ?10，OOOff ；
[0024]步骤四:启动控制开关，先通入保护气，再引燃电弧1.0?2.0s后，发射激光，然后使激光器和焊枪沿焊缝一起移动，进行焊接，即完成。
[0025]本实施方式具有以下有益效果:
[0026]在Ti2AlNb基金属间化合物与异种钛合金焊接时，偏置激光-TIG电弧并行排列复合焊接相比于激光焊接的优点表现为以下几点:
[0027]1、由于焊缝两侧的母材为不同钛合金，其熔点等物理性质各不相同，激光作用于高熔点母材一侧，TIG电弧作用于低熔点母材一侧，相对激光焊接时，可以降低焊接热输入，减少高温峰值停留时间，减少焊缝高温金属间化合物，从而降低高温脆性。
[0028]2,TIG电弧的加入，改善了焊接热循环，发挥了激光和TIG电弧两种热源的相互耦合作用，比激光焊接时更加稳定，降低激光功率，从而降低激光焊接成本，提高焊缝质量；
[0029]3、激光和TIG电弧两个热源垂直于焊接方向排列，作用区域的增大，极大地降低了激光焊接时焊缝的定位精度，增加了焊接过程的适应性。
[0030]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的焊接方法是采用激光与TIG电弧垂直于焊缝方向的并行放置方式进行焊接，焊接条件为:使焊枪与激光头处于同一平面，且该平面垂直于焊缝方向，激光头位于待焊工件中熔点相对高的工件一侦牝且激光束焦点聚焦在对接焊缝待焊工件中熔点相对高的工件一侧的边缘，激光束与竖直方向夹角为5?30° ;TIG电弧的焊枪位于待焊工件中熔点相对低的工件一侧，且焊枪置于焊缝间隙中心位置处。其它与【具体实施方式】一相同。
[0031]本实施方式焊枪与激光工作头为一体化设计。
[0032]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的异种钛合金为α钛合金或β钛合金等其它异种钛合金。其它与【具体实施方式】一相同。
[0033]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的Ti2AlNb基金属间化合物为T1-22Al-25Nb合金或Ti_22Al_27Nb合金等其它Ti2AlNb基金属间化合物。其它与【具体实施方式】一相同。
[0034]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的激光器为CO2气体激光器、YAG固体激光器或半导体激光器。其它与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:电弧焊接是采用钨极氩弧焊焊机进行焊接的。其它与【具体实施方式】一相同。
[0036]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:采用钨极氩弧焊焊机进行焊接时的焊接形式为直流焊接或交流焊接。其它与【具体实施方式】一相同。
[0037]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:直流焊接是采用直流正极性方式进行焊接的。其它与【具体实施方式】一相同。
[0038]采用本实施方式的焊接方式具有以下有益效果:直流焊接时采用直流正极性方式，因为工件做阳极时，电弧在阳极上产热量大，能量利用率高，生产率高，工件的收缩和变形小，且钨极作为负极时的自身产热量小，不易过热，使用寿命长。
[0039]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式