專利名稱：一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法

　　技術領域：

　　本發(fā)明涉及一種鈦鋁金屬間化合物合金與鋼的焊接方法，特別是一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法。

　　背景技術：

　　廢氣渦輪增壓是現(xiàn)代汽油機和柴油發(fā)動機提高功率的主要技術之一，增壓渦輪在發(fā)動機燃油廢氣驅動下高速旋轉工作，柴油機渦輪轉速通常為(5-20) X 104r/min，汽油機渦輪轉速通常可達(25- ) X 104r/min，且渦輪需要長時間承受700_950°C左右的高溫工作環(huán)境。因此，對渦輪材料的性能提出了更高的要求，即更高的強度、抗氧化性能和更輕的密度等。Y-TiAl基合金材料具有良好的高溫強度、蠕變抗力和抗氧化性能等優(yōu)點，已用于制造汽車發(fā)動機的渦輪增壓器、氣閥等。用TiAl基合金制造的渦輪必須與鋼軸焊接才能組成一個完整的零件，常用的鋼軸材料為42CrMo、40Cr、35CrMo。由于TiAl合金與鋼軸的可焊性較差，應用于渦輪增壓器的一大難題就是TiAl合金渦輪與鋼質轉軸的連接技術。據(jù)資料，目前車用渦輪增壓器的渦輪與鋼軸的連接方式有兩種，采用中間高溫合金第三體的摩擦焊接技術或采用釬焊的方式進行連接。這兩種方式雖然據(jù)報道都可以實現(xiàn)連接功能，但都存在一定的缺點，摩擦焊因采用中間第三體技術，因此一件渦輪產品需進行兩次焊接，工藝繁瑣且不穩(wěn)定，另外，中間高溫合金長度不易控制，導致渦輪增壓器整套系統(tǒng)調試動平衡較為困難；對于釬焊連接當采用真空釬焊時，渦輪與鋼軸需在真空爐內整體加熱，這樣會改變鋼軸與鈦鋁渦輪的組織和性能，從而影響增壓器渦輪軸的使用性能；同時真空釬焊的生產效率低，不易實現(xiàn)量產。當采用感應釬焊時，感應線圈加熱時的集膚效應會導致焊接處內外溫度不均勻，從而導致焊接后接頭的性能不均勻，不適合產業(yè)化應用。王忠平，張立軍，周正航等發(fā)表的“中間層厚度對TiAl金屬間化合物三體摩擦焊接性的影響機械科學與技術2005，24C3))報道，采用中間鎳基合金進行摩擦焊工藝，接頭強度可以達到360MPa左右。以上工藝可以實現(xiàn)鈦鋁渦輪與鋼軸的連接，但工序流程長，且每次摩擦焊接后均需機加工飛邊然后退火，生產效率低。朱穎、張茉、王國建、康慧、曲平等發(fā)表的“TiAl基合金和42CrMo鋼的真空釬焊”，航天制造技術，2005. 8報道，對TiAl基合金和42CrMo鋼進行釬焊，釬料成分為 Ti-20Zr-Cu-Nio釬料采用快速凝固方法制備，制備的箔片厚度約為0. 05mm。釬焊工藝參數(shù)為真空度1.0父10-^1，釬焊溫度9301，保溫時間分別為15min、30min、60min。接頭平均拉伸強度llOMPa，接頭的斷裂層均在42CrMo母材與釬料間的界面層。以上真空釬焊連接方式雖然可以連接鈦鋁渦輪與鋼軸，但連接強度低，不能很好滿足實際使用要求，并且需抽真空，焊接后再隨爐冷卻，大大降低了生產效率

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，以解決目前摩擦焊方法工序復雜，釬焊工藝連接強度低的問題；能夠實現(xiàn)連接強度高、焊接速度快，滿足批量生產的需要。為了實現(xiàn)解決上述技術問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術方案

　　本發(fā)明的一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，將釬料加入鋁渦輪與鋼軸中間，利用電阻熱使中間釬料熔化，然后施加頂鍛壓力，保持一段時間后將零件卸下并對零件進行去應力退火，得到渦輪與鋼軸的組合部件。采用此工藝的好處是利用電阻加熱可以使整個焊接端面溫度更均勻，與真空釬焊相比，鋼軸與渦輪無需整體加熱，不會改變鋼軸與鈦鋁渦輪的組織和性能；與感應釬焊相比，焊接處內外溫度更加均勻，焊接后接頭的組織和性能更加均勻和穩(wěn)定；該工藝操作簡便，生產效率較真空釬焊和摩擦焊更加高效，更易實現(xiàn)大批量生產。具體工藝為

　　(1)鈦鋁渦輪、鋼軸按圖紙機加工，端面粗糙度達到Ra3. 2以上； (2 )鈦鋁渦輪與鋼軸電阻釬焊將釬料加入鋁渦輪與鋼軸中間，零件在電阻釬焊機裝夾好之后，施加載荷5-lOMPa，通入電流使釬料溫度在1-如內達到500°C，然后升高電流使釬料在2-8s后焊縫處溫度達到釬料熔化溫度以上10-50°C后斷開電源，保持10-20MI^的頂鍛壓力2-10S ；

　　(3)去應力退火。焊接過程可以在大氣中、真空或者惰性氣體保護下進行。渦輪材料適用于所有的鈦鋁基合金材料。鋼軸材料包括42CrMo、40Cr、;35CrMo等所有鋼材。釬料可以是鎳基釬料、銀基釬料或鈦基釬料以及鎳基釬料、銀基釬料和鈦基釬料的任意組合方式。優(yōu)選的退火工藝為550-800°C，保溫1. 5_3h，隨爐冷卻至室溫。通過采用上述技術方案，本發(fā)明具有以下的有益效果

　　本發(fā)明的鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，利用電阻熱進行加熱的連接方法，可以使整個端面溫度更均勻，焊接后接頭組織和性能均勻性好，因此焊縫強度較普通釬焊更高，可以達到190MPa，同時生產效率更高，更易實現(xiàn)批量生產。采用此方法的焊接件滿足渦輪增壓器的使用環(huán)境要求。

　　具體實施例方式實施例1

　　采用TAC-2鈦鋁基合金渦輪，42CrMo鋼軸，渦輪軸與鋼軸直徑機加工至16mm，端面粗糙度達到Ra3. 2以上；釬料采用BNi-2，釬料厚度0. 04mm。零件在真空電阻釬焊機裝夾好之后，系統(tǒng)抽真空至1 X 10 ,首先施加2000N的初負荷，使得載荷壓強達到lOMPa，通4000A 電流，2S后溫度達到500°C，升高電流至7000A，4S后焊縫處大約1050°C，釬料熔化后斷開電源，施加頂鍛壓力3000N，繼續(xù)保持3000N的壓力，使得載荷壓強達到15MPa，保持k，最后 580°C保溫1. 5h退火處理，拉伸測試顯示，焊縫抗拉強度為203MPa。實施例2采用RNT650鈦鋁基合金渦輪，40Cr鋼軸，釬料采用BNi-I，釬料厚度0. 02mm。渦輪軸與鋼軸直徑機加工至14mm，端面粗糙度達到Ra3. 2以上。零件在真空電阻釬焊機裝夾好之后，系統(tǒng)抽真空至1 X 10_2Pa，首先施加1600N的初負荷，使得載荷壓強達到8MPa，通3200A 電流，2S后溫度達到500°C，升高電流至5600A，4S后焊縫處大約1050°C，釬料熔化后斷開電源，施加頂鍛壓力MOON，使得載荷壓強達到12MPa，繼續(xù)保持MOON的壓力5s，最后580°C 保溫1. 5h退火處理，拉伸測試顯示，焊縫抗拉強度為194MPa。

　　權利要求

　　1.一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是將釬料加入鋁渦輪與鋼軸中間，利用電阻熱使中間釬料熔化，然后施加頂鍛壓力，保持一段時間后將零件卸下并對零件進行去應力退火，得到渦輪與鋼軸的組合部件。

　　2.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是所述的焊接方法具體步驟和要求為(1)鈦鋁渦輪、鋼軸按圖紙機加工，端面粗糙度達到Ra3.2以上；(2)鈦鋁渦輪與鋼軸電阻釬焊將釬料加入鋁渦輪與鋼軸中間，零件在電阻釬焊機裝夾好之后，施加載荷5-lOMPa，通入電流使釬料溫度在1-如內達到500°C，然后升高電流使釬料在2-8s后焊縫處溫度達到釬料熔化溫度以上10-50°C后斷開電源，保持10-20MPa的頂鍛壓力2-10S ；(3)去應力退火。

　　3.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是焊接過程在大氣中、真空或者惰性氣體保護下進行。

　　4.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是焊接過程在真空中進行，真空余壓為IXlO-1Pa以下。

　　5.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是所述的渦輪材料為鈦鋁基合金材料。

　　6.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是所述的釬料為鎳基釬料、銀基釬料或鈦基釬料以及鎳基釬料、銀基釬料和鈦基釬料的任意組合方式。

　　7.根據(jù)權利要求1所述鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是所述的退火工藝為550-800°C保溫1. 5-3h，隨爐冷卻至室溫。

　　全文摘要

　　本發(fā)明介紹了一種鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，其特征是將釬料加入鋁渦輪與鋼軸中間，利用電阻熱使中間釬料熔化，然后施加頂鍛壓力，保持一段時間后將零件卸下并對零件進行去應力退火，得到渦輪與鋼軸的組合部件。發(fā)明的鈦鋁合金渦輪與鋼軸的電阻釬焊焊接方法，利用電阻熱進行加熱的連接方法，可以使整個端面溫度更均勻，焊接后接頭組織和性能均勻性好，因此焊縫強度較普通釬焊更高，可以達到190MPa，同時生產效率更高，更易實現(xiàn)批量生產。采用此方法的焊接件滿足渦輪增壓器的使用環(huán)境要求。

　　文檔編號B23K1/00GK102380678SQ20111027410

　　公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2011年9月16日

　　發(fā)明者劉國良, 包淑娟, 吳勝男, 周洪強, 王孟光, 陳志強 申請人:洛陽雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司