AlNb异种材料的激光焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天产品对高速度、远航程等要求的日益提高，现有常规铝合金、钛合金及高温合金已很难满足产品需求，对于轻质、耐高温材料的需求越来越迫切。Ti2AlNb金属间化合物由于其优异的高温强度、比强度以及较低的密度，越来越多的被应用于上述领域。但由于Ti2AlNb制造工艺复杂，且合金中的Nb元素为稀贵金属，因此与常规钛合金相比，Ti2AlNb基合金材料的制造成本较高，并且其在某些可加工性等方面仍不如常规钛合金，这些问题在一定程度上限制了该种材料的推广应用。
[0003]而实际上，航空航天产品中大部分热端部件并非工作在恒定温度下，同一部件不同部位承受的温度和要求的力学性能也不同，如果可以根据产品服役环境的性能要求采用不同材料，必然可以在不降低产品性能的情况下降低生产成，这就涉及到异种材料的焊接。下八15钛合金是一种常用的近α相钛合金，其加工工艺较为成熟，可以用于环境温度和力学性能要求较低的零件制备，了六15与Ti 2AlNb可以满足航空航天产品部件不同部位对温度和力学性能的要求。但两种材料物理化学性能差异较大，焊接过程中对焊接热出入较为敏感，容易出现焊缝冷裂纹、焊缝力学性能较低等问题，焊接难度较大。
[0004]激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、焊接热输入小、适应性强、易于实现自动化等优点，可以满足未来航空航天产品结构复杂多样的需求，特别适用于对焊接热输入要求较为严格的材料焊接。但目前对TAl5/Ti2AlNb异种材料激光焊接的研究较少，缺乏一种控制TAl5/Ti2AlNb异种材料激光焊缝力学性能及焊缝冷裂纹、氧化等缺陷的激光焊接工艺方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法，克服了现有技术的上述不足，可以有效的降低TAl5/Ti2AlNb异种材料焊缝冷裂纹敏感性，获得良好的焊缝内部质量及外观质量，焊缝接头平整美观，无氧化、裂纹等缺陷，综合性能较好，同时可以有效的降低成本。
[0006]为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]—种TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法，焊接前将焊接前将TAlji合金及Ti2AlNb金属间化合物酸洗、烘干后机械打磨，将表面氧化皮、油污等杂质清理干净，试板清理后在8小时内完成焊接；焊接前保证二者对接装配间隙小于0.05mm，然后用Nd:YAG固体激光器脉冲模式进行焊接，焊接时采用并排双光斑模式，并采用99.99%的高纯氩气进行焊缝正反面保护，焊缝收弧时，选用连续衰减的锯齿形激光输出，使焊接弧坑在反复熔化凝固过程中逐渐缩小封闭。
[0008]优选地，其具体步骤如下:
[0009]一、清理:焊前将距TAlji合金和Ti 2AlNb金属间化合物焊缝中心周围20mm?50mm范围内进行酸洗、机械打磨，保证氧化皮、油污等清理干净，焊缝对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后采用丙酮或无水酒精擦拭干净，材料清理后应在8小时内完成焊接，否则应重新进行清理；
[0010]二、装配:将清理干净的TAljP Ti 2AlNb板装卡固定，保证对接间隙不大于0.05mm，然后用夹具固定在具有背部充气保护装置的焊接工装上；
[0011]三、选取:焊接过程中所选用的激光器为Nd:YAG灯栗浦固体激光器，采用脉冲激光模式进行焊接；
[0012]四、调整:焊接前将激光光斑向TAlji合金一侧偏移0.1mm?0.2mm ;
[0013]五、吹气:焊接过程中采用99.99%的高纯氩气进行正反面保护，正面侧吹气流量为15?20L/min，背部保护气流量为4?6L/min ；
[0014]六、开始焊接。
[0015]优选地，1mm板材对接时阶差应不大于5%母材壁厚，2mm?3mm板材对接时阶差应不大于10%母材壁厚。
[0016]优选地，所述激光焊接接头形式为对接接头，激光焊接方式为自恪焊，不填充金属。
[0017]优选地，焊接过程中采用并排双光斑模式，光斑间距为0.36mm，光斑能量分配为丁八15钛合金一侧60%，Ti 2AlNb金属间化合物一侧40%。
[0018]优选地，步骤三中:激光焊接工艺参数为:脉冲激光波形为矩形波，激光基值功率P基为800W?1000W，激光峰值功率P峰为1400W?1700W，脉冲宽度tp为20ms ;焊接速度v为1000mm/min?1300mm/min ;光斑直径D为0.45_，采用表面聚焦，离焦量1为0_。
[0019]优选地，焊接收弧距离为1?2mm，收弧时选用连续衰减的锯齿形激光输出，使焊接弧坑在反复熔化凝固过程中逐渐缩小封闭。
[0020]优选地，Ti2AlNb金属间化合物主要成分(wt% )如下，Al:11.1%, Nb:42.22%,T1:余量4々15钛合金名义成分为T1-6.5Al-2Zr-lMolV。
[0021]本发明所述的TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法的有益效果是:可以有效的降低TAl5/Ti2AlNb异种材料焊缝冷裂纹敏感性，获得良好的焊缝内部质量及外观质量，焊缝接头平整美观，无氧化、裂纹等缺陷，综合性能较好，同时可以有效的降低成本。
[0022]在进行1?3mm厚TAl5/Ti2AlNb异种材料焊接时，可有效避免焊缝冷裂纹的出现，焊缝过度圆滑，焊缝内部质量符合GJB1718A-2005标准I级焊缝要求，焊缝综合力学性能优良。
【附图说明】
[0023]图1为激光双光斑不意图。
[0024]图2是本发明所述的TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法的脉冲激光波形图。
[0025]图3为1mm TAl5/Ti2AlNb异种材料激光焊缝截面图。
[0026]图4为2mm TAl5/Ti2AlNb异种材料激光焊缝截面图。
【具体实施方式】
[0027]下面对本发明的最佳实施方案作进一步的详细的描述。
[0028]所述的TAl5/Ti2AlNb异种材料的激光焊接方法，焊接前将焊接前将TAlji合金及Ti2AlNb金属间化合物酸洗、烘干后机械打磨，将表面氧化皮、油污等杂质清理干净，试板清理后在8小时内完成焊接。焊接前保证二者对接装配间隙小于0.05mm，然后用Nd:YAG固体激光器脉冲模式进行焊接，焊接时采用并排双光斑模式，光斑间距0.36_，光斑能量分配为TA15钛合金一侧60%，Ti 2AlNb金属间化合物一侧40%，并采用99.99%的高纯氩气进行焊缝正反面保护，焊接时无填充材料，两种材料自熔形成焊缝；焊缝收弧时，收弧距离可选(5?10)_，也可根据产品结构需要自行设定。收弧时选用连续衰减的锯齿形激光输出，使焊接弧坑在反复熔化凝固过程中逐渐缩小封闭。避免了焊缝冷裂纹的出现，可以得到表面质量较好，综合力学性能优良的TAl5/Ti2AlNb异种材料激光焊缝。
[0029]其具体步骤如下:
[0030]一、清理:焊前将距TAlji合金和Ti 2AlNb金属间化合物焊缝中心周围20mm?50mm范围内进行酸洗、机械打磨，保证氧化皮、油污等清理干净，焊缝对接端面采用刮刀进行刮削，直至露出白亮色金属本体，然后采用丙酮或无水酒精擦拭干净，材料清理后应在8小时内完成焊接，否则应重新进行清理；
[0031]二、装配:将清理干净的TAljP Ti 2AlNb板装卡固定，保证对接间隙不大于0.05mm，然后用夹具固定在具有背部充气保护装置的焊接工装上；lmm板材对接时阶差应不大于5%母材壁厚，2mm?3_板材对接时阶差应不大于10%母材壁厚。
[0032]三、选取:焊接过程中所选用的激光器为Nd:YAG灯栗浦固体激光器，采用脉冲激光模式进行焊接；
[0033]激光焊接工艺参数为:脉冲激光波形为矩形波(如附图2所示)，激光基值功率P#为800W?1000W，激光峰值功率？峰为1400W?1700W，脉冲宽度tp为20ms ;焊接速度v为1000mm/min?1300mm/m