专利名称：一种钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种异种金属的焊接方法，尤其涉及一种钛合金与奥氏体不锈钢的脉冲钨极氩弧焊方法，属于焊接技术领域。
背景技术：
钛合金与不锈钢的焊接在能源、化工以及原子能工业中有很好的应用潜力，但是二者的焊接难度很大。采用真空电子束焊和真空扩散焊可以实现钛合金与不锈钢的焊接，但这两种方法的焊接设备价格昂贵，对焊接工艺控制的要求严格。如果能在熔焊条件下实现对钛合金和不锈钢的可靠连接，将具有很好的应用前景。钛合金与不锈钢的熔焊技术难度很大，因为钛合金与不锈钢的热导率和线胀系数差异很大，熔焊时的热胀冷缩造成很大的焊接应力，极易导致焊缝开裂。目前主要是采用在钛合金与不锈钢之间填加过渡中间层的方法，实现钛合金与不锈钢的熔焊连接。但这种方 法工艺复杂，实施起来也有很大难度，难以推广应用。
发明内容
针对现有钛合金与不锈钢异种金属焊接技术的不足，本发明要解决的问题是，提出一种简便易行、焊接质量稳定的针对钛合金与奥氏体不锈钢异种金属之间的焊接方法。采用本发明的方法可获得焊缝表面光洁细密、无裂纹和气孔的焊接接头，能够满足钛合金与奥氏体不锈钢异种金属焊接生产的技术性能要求。该项技术采用不锈钢焊丝作为填充金属，通过严格的焊前和焊后温度控制，以及在整个焊接过程中良好保护，实现对钛合金与不锈钢的熔焊连接。该焊接工艺具有成本低、操作简单、方便灵活等特点，在能源、化工等领域有很好的应用前景。本发明的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，采用填丝脉冲钨极氩弧焊，包括如下步骤
(I)焊前将钛合金与奥氏体不锈钢的接头处用砂纸打磨洁净，露出金属光泽；填充焊丝表面用砂纸打磨至露出金属光泽。将钛合金与奥氏体不锈钢板水平对接放置或角接船形放置，厚度3mm以下的板不留装配间隙，厚度3mm IOmm的板开25° 35°单面V形坡口，钝边为小于1mm。(2)所述脉冲钨极氩弧焊的焊接参数为基值电流20A 60A、脉冲电流28A 80A、脉冲持续时间5s 10s、脉冲频率35Hz 75Hz，焊接电压8V 12V，焊接速度I. Omm/s 3. 6mm/s,|J气流量10L/min 25L/min,焊枪喷嘴离工件的距离IOmm 14mm ;被焊接的钛合金和不锈钢工件的厚度为2mm 10mm。上述经打磨和装配后的钛合金与奥氏体不锈钢工件在施焊之前，应在箱式电炉中预热到350°C以上，保温时间0. 5h 2h。所述的钛合金为Ti-6A1_4V合金；所述的奥氏体不锈钢以质量百分比计，Cr17% 19%,Ni 8% 11%, Si ( l%，Mn ( 2% ;所述惰性气体是氩气，其纯度大于99. 9%。其中，所述的填充焊丝的化学成分为c O. 06% O. 08%, Cr 18. 0% 21. 0%, Ni 9. 0% 11. 0%,Mn O. 5% 2. 4%, Si O. 60% O. 80%, Mo O. 50% O. 70%, Cu O. 50% O. 65%,余量为 Fe，以质量百分比计。填充焊丝直径为I. 5mm 2. Omm,鹤极直径为I. 5mm 2. 5mm,鹤极端部为锥形。所述焊接中，环境温度应大于或等于20°C。所述步骤(2 )中，在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，采用高频脉冲引弧，初次引弧前先打开氩气，保持流通20s 30s以排除空气，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分；收弧时，为了使焊接平滑和消除弧坑等缺陷，应控制焊接电流逐渐延时衰减，熄弧后氩气要继续流通5s 10s，以防止钨极氧化。在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，钛合金和不锈钢接头处的正反面要始终处于氩气的保护范围内，防止周围空气侵入。
所述氩气流量为12 L/min 18L/min ;接头背面采用带有通气孔道的紫铜垫板，同时通入氩气进行保护。在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，注意保持焊枪钨极和焊件之间的距离，钨极与焊件之间的夹角优选是75° 85°。在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，采用连续施焊、整条焊缝一次完成的焊接方式，以保证焊接质量稳定。焊接完成后立即将整个被焊接件放置在温度保持在350°C的箱式电炉中，随炉缓慢冷却，以防止焊接裂纹。本发明的有益效果是，采用本发明提出的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，通过调整焊接参数，控制钛合金与不锈钢焊接熔池的熔化和凝固条件，可获得焊缝成形美观、无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头。这种方法焊接效率高，成本低，操作方便灵活，能够满足钛合金与奥氏体不锈钢异种金属焊接接头的使用要求。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例I :
Ti-6A1-4V钛合金与Crl8-Ni8奥氏体不锈钢的填丝脉冲钨极氩弧焊。Ti_6Al_4V钛合金板尺寸为180_X 120mm,厚度为3mm ;奥氏体不锈钢试板尺寸为180_X 120mm,厚度为3mm，两板对接焊。具体的钛合金与奥氏体不锈钢脉冲氩弧焊的工艺步骤如下
(I)将Ti-6A1-4V钛合金与Crl8-Ni8奥氏体不锈钢的对接接头处用砂纸打磨干净，使待焊面露出金属光泽；Ti-6Al-4V钛合金接头处用细砂轮打磨单面倒角。(2)采用直径为2. Omm的不锈钢焊丝作为填充金属，焊前用砂纸将焊丝表面打磨至露出金属光泽。所用的不锈钢焊丝的化学成分(质量分数)为C O. 06%, Cr 19.5%，Ni9. 5%, Mn I. 6%, Si O. 60%%, Mo O. 55%, Cu O. 50%，余为 Fe。 (3)将Ti-6A1_4V钛合金板与奥氏体不锈钢板水平对接点固，不留间隙。(4)将点固的钛合金与奥氏体不锈钢组装件放置在350°C的箱式电炉中，保温40min取出后放置在充IS罩中进行焊接,充IS气流量15L/min。
(5)填丝脉冲氩弧焊的工艺参数为基值电流40A、脉冲电流55A、脉冲持续时间8s、脉冲频率45Hz，焊接电压12V，氩气流量12L/min，焊枪喷嘴离工件的距离12mm。(6)钨极与焊件之间保持80°夹角。焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池，不得将焊丝端部移出氩气保护区。(7)将刚焊接完成的钛合金与奥氏体不锈钢焊接件立即放入350°C的箱式电炉中保温缓冷，随炉冷却至室温后取出。采用上述焊接工艺获得的Ti-6A1_4V钛合金与奥氏体不锈钢焊接接头的焊缝成形良好。经过焊缝外观检查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。实施例2
Ti-6A1-4V钛合金与Cr 18-Ni8奥氏体不锈钢箱形体角接头的填丝脉冲钨极氩弧焊。Ti-6A1_4V钛合金板尺寸为140mmX 140mm,厚度为4mm ;奥氏体不锈钢试板尺寸为140_X 140mm,厚度为4mm,两板成90°角接。具体的钛合金与奥氏体不锈钢脉冲氩弧焊的工艺步骤如下
(I)将Ti-6A1-4V钛合金与Crl8-Ni8奥氏体不锈钢的角接头处用砂纸打磨干净，使待焊面露出金属光泽。钛合金和不锈钢接头处都用细砂轮打磨Imm单面倒角。(2)采用直径为2. Omm的不锈钢焊丝作为填充金属，焊前用砂纸将焊丝表面打磨至露出金属光泽。所用的不锈钢焊丝的化学成分(质量分数)为C 0. 06%, Cr 19.5%，Ni9. 5%, Mn I. 6%, Si 0. 60%%, Mo 0. 55%, Cu 0. 50%，余为 Fe。(3 )将钛合金板与奥氏体不锈钢板组装成90 °角的角接头，不留间隙、点固。(4)将点固的钛合金与奥氏体不锈钢角接头组装件放置在350°C的箱式电炉中，保温Ih取出后呈倒船形放置在充氩罩中，角接头在上方，钛合金板和不锈钢板与水平面成45°角，充氩气保护，氩气流量18L/min。(5)进行焊接，填丝脉冲钨极氩弧焊的工艺参数为基值电流45A、脉冲电流60A、脉冲持续时间8s、脉冲频率45Hz，焊接电压12V，氩气流量14L/min，焊枪喷嘴离工件的距离IOmm0(6)焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池，不得将焊丝端部移出氩气保护区。(7)将刚焊接完成的钛合金与奥氏体不锈钢角接件立即放入350°C的箱式电炉中保温缓冷，焊接件随炉冷却至室温后取出。采用上述焊接工艺获得的Ti-6A1_4V钛合金与奥氏体不锈钢角接接头的焊缝成形良好。经过焊缝外观检查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。
权利要求
1.ー种钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，采用填丝脉冲惰性气体保护焊，包括如下步骤 (1)焊前将钛合金与奥氏体不锈钢的接头处用砂纸打磨洁净，露出金属光泽；填充焊丝表面用砂纸打磨至露出金属光泽； (2)所述脉冲钨极氩弧焊的焊接參数为基值电流20A 60A、脉冲电流28A 80A、脉冲持续时间5s 10s、脉冲频率35Hz 75Hz，焊接电压8V 12V，焊接速度I. Omm/s 3. 6mm/s，U气'流量 10L/min 25L/min。
2.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述 的钛合金与奥氏体不锈钢エ件在施焊之前，在箱式电炉中预热到350°C以上，保温时间为0.5h 2h0
3.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述的钛合金为Ti-6A1-4V合金；所述的奥氏体不锈钢以质量百分比计，Cr 17% 19%，Ni8% 11%，Si彡1%，Mn彡2% ;所述惰性气体是氩气，其纯度大于99. 9% ;其中，所述的填充焊丝的化学成分为C 0. 06% 0. 08%, Cr 18. 0% 21. 0%, Ni 9. 0% 11. 0%, Mn 0. 5% 2. 4%, Si 0. 60% 0. 80%, Mo 0. 50% 0. 70%, Cu 0. 50% 0. 65%,余量为 Fe，以质量百分比计。
4.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述焊接时的环境温度大于或等于20°C。
5.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述步骤(2)中，在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，采用高频脉冲引弧，初次引弧前先打开氩气，保持流通20s 30s以排除空气，井利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水分；收弧时，应控制焊接电流逐渐延时衰减，熄弧后氩气要继续流通5s 10s。
6.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，在所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，钛合金和不锈钢接头处的正反面要始終处于氩气的保护范围内。
7.如权利要求I或6所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，接头背面采用带有通气孔道的紫铜垫板，同时进行充氩气保护，氩气保护的流量为12 L/min 18L/min。
8.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述钛合金与不锈钢脉冲钨极氩弧焊的焊接中，保持焊枪钨极和焊件之间的距离，钨极与焊件之间的夹角是75° 85°。
9.如权利要求I所述的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，其特征是，所述焊接完成立即将整个被焊接件放置在温度保持在350°C的箱式电炉中，随炉缓慢冷却。
全文摘要
本发明公开了一种钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，包括如下步骤焊前打磨和装配；采用填丝脉冲钨极氩弧焊方法施焊。采用本发明提出的钛合金与奥氏体不锈钢异种金属的焊接方法，通过调整焊接参数、焊前预热和焊后保温缓冷，控制钛合金与不锈钢焊接熔池的熔化和凝固条件，可获得焊缝成形美观、无裂纹、无气孔等缺陷的焊接接头。这种方法焊接效率高，成本低，操作方便灵活，能够满足钛合金与奥氏体不锈钢异种金属焊接接头的使用要求。
文档编号B23K9/16GK102728937SQ20121023171
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者刘强, 李亚江, 王娟 申请人:山东大学