專利名稱：TC4鈦合金與QCr0.8銅合金的電子束填絲焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金焊接方法。
背景技術(shù)：
TC4鈦合金因其具有一系列優(yōu)良的性能，如耐腐蝕性、密度低、比強(qiáng)度高、良好的韌性及焊接性能被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、汽車、造船和醫(yī)藥等領(lǐng)域。而QCrO. 8銅合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和耐熱性，目前在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向器、電阻焊電極、高溫導(dǎo)電耐磨零件等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金異種材料的有效連接既能滿足導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性的要求，又能滿足輕質(zhì)高強(qiáng)的要求，在航空航天、造船、汽車等領(lǐng)域必將擁有廣闊的應(yīng)用前景。使用常規(guī)焊接工藝來焊接異種合金材料，由于金屬冶金不相容性及物理性能不匹配而無法滿足焊縫力學(xué)性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金異種材料使用常規(guī)焊接工藝時(shí)由于金屬冶金不相容性及物理性能不匹配而無法滿足焊縫力學(xué)性能要求的問題而提出TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的電子束填絲焊方法。本發(fā)明中的TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的電子束填絲焊方法按以下步驟進(jìn)行一、用600#或800#金相砂紙對(duì)TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金表面進(jìn)行打磨，使它們露出無銹的待焊面，然后用丙酮將待焊面擦干凈，再將TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的待焊面以對(duì)接方式固定在升降臺(tái)上，兩待焊面的間隙為0. ImnTO. 3_，通過移動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)將電子槍發(fā)出的電子束的下束點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)待焊接頭中心處，其中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al 6. 2%、V 3. 5%、雜質(zhì)彡0. 2%，余量為Ti, QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 4% 0. 7%，雜質(zhì)彡0. 8%，余量為Cu;二、將直徑為O I. 2mm的銅釩合金焊絲從送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲噴嘴送至電子束的下束點(diǎn)位置，干伸長，即銅釩合金焊絲外伸出送絲噴嘴的長度，為3cm，其中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為 V 30%, Ni :3. 0% 3. 5%、Mo :4. 0%, Mn :2. 0%、雜質(zhì) 0 0. 5%，余量為 Cu ；三、關(guān)閉真空室并抽真空，直到真空室內(nèi)大氣壓低于5X10_2Pa時(shí)開始焊接，調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為30°飛0°，電子束對(duì)中焊采用前置送絲焊方位，焊絲直接插入熔池前端，以焊接速度為100mm/min，從兩待焊面的間隙的一端焊到另一端，完成TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的焊接，其中電子槍的加速電壓60KV,聚焦電流為460mA 510mA,電子束流為5mA 25mA,送絲速度為160mm/min 180mm/min,工作高度為IOOmm 300mm。本發(fā)明包括以下有益效果I、在異種金屬電子束焊接過程中引入隨焊填絲技術(shù)可有效改善焊縫成型、消除焊接缺陷、提高焊接過程的穩(wěn)定性及高效性；2、本發(fā)明采用電子束隨焊實(shí)時(shí)填絲方式，通過絲束間姿態(tài)位向及工藝參數(shù)耦合控制成功實(shí)現(xiàn)了鈦合金與銅合金異種材料的高質(zhì)高效焊接；3、有效抑制了金屬間化合物的生成，獲得了光滑、平整、連續(xù)又無氣孔、裂紋等缺陷的焊縫，抗拉強(qiáng)度達(dá)到QCrO. 8銅合金母材的70%以上，為280Mpa 315Mpa。


圖I為本發(fā)明中電子束填絲焊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)驗(yàn)一中TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金焊接面斷口的SEM圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合?！?b>具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的電子束填絲焊方法按以下步驟進(jìn)行一、用600#或800#金相砂紙對(duì)TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金表面進(jìn)行打磨，使它們露出無銹的待焊面，然后用丙酮將待焊面擦干凈，再將TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的待焊面以對(duì)接方式固定在升降臺(tái)上，兩待焊面的間隙為0. ImnTO. 3_，通過移動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)將電子槍發(fā)出的電子束的下束點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)待焊接頭中心處，其中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al
6.2%、V 3. 5%、雜質(zhì)彡0. 2%，余量為Ti, QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 4% 0. 7%，雜質(zhì)彡0. 8%，余量為Cu;二、將直徑為0)1. 2mm的銅釩合金焊絲從送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲噴嘴送至電子束的下束點(diǎn)位置，干伸長，即銅釩合金焊絲外伸出送絲噴嘴的長度，為3cm，其中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為 V 30%, Ni :3. 0% 3. 5%、Mo :4. 0%, Mn :2. 0%、雜質(zhì) 0 0. 5%，余量為 Cu ；三、關(guān)閉真空室并抽真空，直到真空室內(nèi)大氣壓低于5X10_2Pa時(shí)開始焊接，調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為30°飛0°，電子束對(duì)中焊采用前置送絲焊方位，焊絲直接插入熔池前端，以焊接速度為100mm/min，從兩待焊面的間隙的一端焊到另一端，完成TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的焊接，其中電子槍的加速電壓60KV,聚焦電流為460mA 510mA,電子束流為5mA 25mA,送絲速度為160mm/min 180mm/min,工作高度為IOOmm 300mm。本發(fā)明包括以下有益效果I、在異種金屬電子束焊接過程中引入隨焊填絲技術(shù)可有效改善焊縫成型、消除焊接缺陷、提高焊接過程的穩(wěn)定性及高效性；2、本發(fā)明采用電子束隨焊實(shí)時(shí)填絲方式，通過絲束間姿態(tài)位向及工藝參數(shù)耦合控制成功實(shí)現(xiàn)了鈦合金與銅合金異種材料的高質(zhì)高效焊接；3、有效抑制了金屬間化合物的生成，獲得了光滑、平整、連續(xù)又無氣孔、裂紋等缺陷的焊縫，抗拉強(qiáng)度達(dá)到QCrO. 8銅合金母材的70%以上，為280Mpa 315Mpa。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中兩待焊面的間隙為0. 2mm。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V :3. 5%、雜質(zhì)0. 05% 0. 15%，余量為Ti，QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr 0. 59TO. 6%，雜質(zhì)0. P/TO. 5%，余量為Cu。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V 3. 5%、雜質(zhì)0. 1%和Ti :90. 2%，QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 55%，雜質(zhì)0. 3%，Cu :99. 15%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟二中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為V 30%,Ni :3. 2% 3. 4%、Mo :4. 0%、Mn :2. 0%、雜質(zhì)0. 1% 0. 4%，余量為Cu。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟二中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為V 30%, Ni :3. 3%、Mo :4. 0%、Mn :2. 0%、雜質(zhì)0. 3%和Cu :60. 4%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。

具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為60°，聚焦電流為466mA,電子束流為2ImA 24mA,送絲速度為176mm/min 179mm/min,工作高度為300mm。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為50°，聚焦電流為473mA,電子束流為16mA 20mA,送絲速度為171mm/min 175mm/min,工作高度為250_。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為40°，聚焦電流為482mA,電子束流為I ImA 15mA,送絲速度為166mm/min 170mm/min,工作高度為200mm。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為30°，聚焦電流為500mA,電子束流為6mA IOmA,送絲速度為161mm/min 165mm/min,工作高度為150mm。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。為驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所用的電子束填絲焊的結(jié)構(gòu)見圖I :1為電子槍，2為真空室，3為TC4鈦合金，4為升降臺(tái)，5為數(shù)控工作臺(tái)，6為送絲噴嘴，7為噴嘴支架，8銅釩合金焊絲，9為送絲機(jī)構(gòu)，10為QCrO. 8銅合金。實(shí)驗(yàn)一 TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的電子束填絲焊方法按以下步驟進(jìn)行一、用600#金相砂紙對(duì)TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金表面進(jìn)行打磨，使它們露出無銹的待焊面，然后用丙酮將待焊面擦干凈，再將TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的待焊面以對(duì)接方式固定在升降臺(tái)上，兩待焊面的間隙為0. 2_，通過移動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)將電子槍發(fā)出的電子束的下束點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)待焊接頭中心處，其中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V :3. 5%、雜質(zhì):0. 1% 和 Ti 90. 2%，QCrO. 8 銅合金質(zhì)量百分組成為 Cr :0. 55%，雜質(zhì):0. 3%，Cu :99. 15% ；二、將直徑為O I. 2mm的銅釩合金焊絲從送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲噴嘴將銅釩合金焊絲送至電子束的下束點(diǎn)位置，干伸長，即送絲噴嘴外伸的銅釩合金焊絲的長度，為3cm，其中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為 V 30%, Ni :3. 3%、Mo :4. 0%, Mn :2. 0%、雜質(zhì):0. 3% 和 Cu :60. 4% ；三、關(guān)閉真空室并抽真空，直到真空室內(nèi)大氣壓低于5X10_2Pa時(shí)開始焊接，調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為60°，電子束對(duì)中焊采用前置送絲焊方位，焊絲直接插入熔池前端，以焊接速度為100mm/min，從兩待焊面的間隙的一端焊到另一端，完成TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的焊接，其中電子槍的加速電壓60KV，聚焦電流為466mA，電子束流為22mA，送絲速度為178mm/min，工作高度為300mm。圖2為實(shí)驗(yàn)一中TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金焊接面斷口的SEM圖，圖中淺色部分為QCrO. 8銅合金，深色部分為TC4鈦合金，可以看出所獲得的TC4鈦合金/QCrO. 8銅合金接頭表面光滑、平整、連續(xù)，焊縫內(nèi)無氣孔、裂紋等缺陷。經(jīng)檢測TC4鈦合金/QCrO. 8銅合金接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到QCrO. 8銅合金母材的70%以上，為280Mpa 315Mpa?！?br> 權(quán)利要求
1.TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于它是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 一、用600#或800#金相砂紙對(duì)TC4鈦合金和QCrO.8銅合金表面進(jìn)行打磨，使它們露出無銹的待焊面，然后用丙酮將待焊面擦干凈，再將TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的待焊面以對(duì)接方式固定在升降臺(tái)上，兩待焊面的間隙為O. ImnTO. 3_，通過移動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)將電子槍發(fā)出的電子束的下束點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)待焊接頭中心處，其中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V 3.5%、雜質(zhì)彡O. 2%，余量為Ti，QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 4°/Γθ. 7%，雜質(zhì)彡O. 8%，余量為Cu ； 二、將直徑為Φ1.2mm的銅釩合金焊絲從送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲噴嘴送至電子束的下束點(diǎn)位置，干伸長，即銅釩合金焊絲外伸出送絲噴嘴的長度，為3cm，其中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為 V 30%, Ni 3. 0% 3. 5%、Mo :4. 0%, Mn :2. 0%、雜質(zhì) 0 0· 5%，余量為 Cu ； 三、關(guān)閉真空室并抽真空，直到真空室內(nèi)大氣壓低于5X10_2Pa時(shí)開始焊接，調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為30°飛0°，電子束對(duì)中焊采用前置送絲焊方位，焊絲直接插入熔池前端，以焊接速度為100mm/min，從兩待焊面的間隙的一端焊到另一端，完成TC4鈦合金與QCrO. 8銅合金的焊接，其中電子槍的加速電壓60KV,聚焦電流為460mA 510mA,電子束流為5mA 25mA,送絲速度為160mm/min 180mm/min,工作高度為IOOmm 300mm。
2.如權(quán)利要求I所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟一中兩待焊面的間隙為O. 2mm。
3.如權(quán)利要求I所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟一中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V :3. 5%、雜質(zhì)O. 05% O. 15%，余量為Ti，QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 5°/Γθ. 6%，雜質(zhì)0. 1°/Γθ. 5%，余量為Cu。
4.如權(quán)利要求I所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法,其特征在于步驟一中TC4鈦合金質(zhì)量百分組成為Al :6. 2%、V 3. 5%、雜質(zhì)0. 1%和Ti :90. 2%, QCrO. 8銅合金質(zhì)量百分組成為Cr :0. 55%，雜質(zhì)0. 3%，Cu :99. 15%。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟二中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為V 30%, Ni :3. 29Γ3. 4%、Mo :4. 0%、Mn 2. 0%、雜質(zhì) O. 1% 0· 4%，余量為 Cu。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟二中銅釩合金焊絲質(zhì)量百分組成為V 30%, Ni :3. 3%、Mo :4. 0%、Mn 2.0%、雜質(zhì) O. 3% 和 Cu 60. 4%ο
7.如權(quán)利要求5所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為60°，聚焦電流為466mA，電子束流為21miT24mA，送絲速度為176mm/mirTl79mm/min，工作高度為300mmo
8.如權(quán)利要求5所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為50° .聚焦電流為473mA，電子束流為16miT20mA，送絲速度為171mm/mirTl75mm/min，工作高度為250mmo
9.如權(quán)利要求5所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為40°，聚焦電流為482mA，電子束流為I ImA 15mA，送絲速度為166mm/mirTl70mm/min，工作高度為.200mm。
10.如權(quán)利要求5所述的TC4鈦合金與QCrO.8銅合金的電子束填絲焊方法，其特征在于步驟三中調(diào)整送絲噴嘴與TC4鈦合金和QCrO. 8銅合金的共同上表面所成的角度為30°，聚焦電流為500mA，電子束流為6miTl0mA，送絲速度為161mm/mirTl65mm/min，工作高度為.1 SOmnin
全文摘要
TC4鈦合金與QCr0.8銅合金的電子束填絲焊方法，它涉及TC4鈦合金與QCr0.8銅合金的焊接方法，本發(fā)明要解決現(xiàn)有TC4鈦合金與QCr0.8銅合金異種材料間使用常規(guī)焊接工藝時(shí)由于金屬冶金不相容性及物理性能不匹配而無法滿足焊縫力學(xué)性能要求的問題。本發(fā)明中TC4鈦合金與QCr0.8銅合金的電子束填絲焊方法按以下步驟進(jìn)行一、焊接前的準(zhǔn)備工作；二、將銅釩合金焊絲從送絲機(jī)構(gòu)經(jīng)送絲噴嘴將銅釩合金焊絲送至電子束的下束點(diǎn)位置；三、真空條件下完成TC4鈦合金與QCr0.8銅合金的焊接。采用本發(fā)明方法得到的焊縫光滑、平整、連續(xù)，無缺陷，抗拉強(qiáng)度最高達(dá)315Mpa，本發(fā)明可應(yīng)用于異種材料間的焊接工程領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B23K15/06GK102785020SQ20121030258
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者馮吉才, 張秉剛, 王廷, 趙健, 陳國慶 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)