一种用于Ti-6Al-4V和CuZrCr连接的真空钎焊方法与流程

一种用于ti-6al-4v和cuzrcr连接的真空钎焊方法
技术领域
1.本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种用于ti-6al-4v和cuzrcr连接的真空钎焊方法。


背景技术：

2.超导馈线系统作为核聚变堆关键部件之一，用来连接室温电源和低温超导磁体系统，实现超导磁体系统励磁电流的传输。超导馈线冷却系统的使用工况为极端条件，目前超导馈线系统的冷却管道温度分别为4.2k和77k。为了精准采集冷却管路上的温度参数，需要在4.2k和77k的冷却管道上布置有大量的测温座。一般的测温座由两种材料焊接而成，两种材料物理属性差异较大，在真空钎焊冷却过程中，易产生收缩应力造成钎焊面开裂，甚至钎焊面的失效，致使温度采集不精确或无法有效采集，而且根据工程实际要求，连接的孔洞率要小于1%，同时钎焊装配时无法做到紧贴，致使钎焊过程中产生焊接缺陷ti-6al-4v具有较低的密度，很高的强度，良好的塑性和韧性，良好的疲劳性能，有足够的抗腐烛性和高温强度，比强度高，是一种优良的轻质结构材料。近年来，ti-6al-4v越来越多应用在工程结构中，如航空航天、石油化工、船舶制造、仪器仪表、冶金工业、生物医学工程等领域。cuzrcr因其具有良好的力学性能和电导性能，被广泛的应用于电机制造、航空航天、交通运输、冶金、电力、电子、焊接工具等领域。ti-6al-4v与cuzrcr的优质连接，可满足一些特殊结构部件的减重和功能要求，既能满足轻质高强的要求，又能满足导电性、导热性、耐烛性、耐磨性的要求，在航空航天、仪器仪表、造船、化工等领域拥有广阔的应用前景。而ti-6al-4v与cuzrcr的连接是异种材料之间的连接，由于它们的材料物理性能差异较大使得二者的连接存在很多困难。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提供一种用于ti-6al-4v和cuzrcr连接的真空钎焊方法，填补了ti-6al-4v与cuzrcr的真空钎焊工艺领域空白，解决ti-6al-4v与cuzrcr的异种连接。
4.本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种用于ti-6al-4v和cuzrcr连接的真空钎焊方法，所述方法采用tu1无氧铜作为ti-6al-4v与cuzrcr的连接过渡金属，具体步骤包括：对ti-6al-4v基体材料进行预处理，包括顺次进行的除油、冲洗和吹干；对tu1无氧铜和cuzrc进行预处理，包括顺次进行的去氧化膜、冲洗和吹干；依次将ti-6al-4v、钎料、tu1无氧铜、钎料、cuzrcr放置于钎焊夹具中装配形成钎焊件；将装配后的钎焊件整体放入真空钎焊炉内，执行真空钎焊步骤后开炉取出钎焊件，打开钎焊夹具即可。
5.优选地，所述除油、冲洗和吹干具体包括：
将ti-6al-4v基体材料浸入90℃的除油溶液中浸泡5分钟后，用流动热水冲洗，然后用干燥无油的压缩空气吹干；所述除油溶液按照氢氧化钠40g/l、碳酸钠30g/l、磷酸三钠30g/l、硅酸钠5g/l和水混合配比而成。
6.优选地，所述除油、冲洗步骤间还进行去氧化膜操作，具体包括：将ti-6al-4v基体材料浸入25℃按照硝酸60ml/l、盐酸50ml/l、氢氟酸5ml/l和水混合配比的溶液内浸泡5分钟后取出。
7.优选地，所述顺次进行的去氧化膜、冲洗和吹干具体包括：将tu1无氧铜和cuzrc浸入40℃按照硫酸300~400ml/l、硝酸35ml/l、络合剂工业纯氯化铵10ml/l、缓蚀剂工业纯苯并三氮唑6ml/l和水混合配比的溶液内浸泡5分钟后取出，用去离子冲洗，然后用干燥无油的压缩空气吹干。
8.优选地，所述钎料为ag68cu28ti4箔状钎料，所述钎料熔化温度为800~820℃。
9.优选地，所述钎焊夹具包括底板、上板和压紧螺栓，所述压紧螺栓穿过底板和上板上开设的通孔，并通过位于螺栓两端的螺母紧固由ti-6al-4v、钎料、tu1无氧铜、钎料、cuzrcr构成的焊接样件。
10.优选地，所述真空钎焊步骤包括：关闭炉门，启动真空钎焊炉抽气系统；分步顺次执行升温、保温步骤后开炉取出焊接装置。
11.优选地，所述分步顺次执行升温、保温步骤具体：先升温至650℃，保温；再升温至870℃，保温；再升温至910℃，保温。
12.优选地，所述650℃的升温时间为120分钟且保温时间为60分钟；所述870℃的升温时间为60分钟且保温时间为90分钟；所述910℃的升温时间为20分钟且保温时间为15分钟。
13.优选地，启动真空钎焊炉抽气系统后的真空度不低于1
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pa；在910℃保温后停止加热并在炉冷至60℃以下时开炉。
14.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明创造性的提出了一种钎焊方法，采用tu1无氧铜作为ti-6al-4v与cuzrcr的连接过渡金属，填补ti-6al-4v与cuzrcr的真空钎焊工艺领域空白，解决ti-6al-4v与cuzrcr的异种连接，该方法可以克服ti-6al-4v与cuzrcr之间差异较大的物理属性，实现可靠的连接；匹配设计的钎焊夹具其结构简单，使用方便，能够确保基体材料和钎料的接触，实现钎焊的毛细和润湿作用，为钎焊过程提供操作基础，配合本发明的工艺步骤，解决ti-6al-4v与cuzrcr的异种连接物理性能差异较大的问题，实现了可靠连接。
15.关于本发明相对于现有技术，其他突出的实质性特点和显著的进步在实施例部分进一步详细介绍。
附图说明
16.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、
目的和优点将会变得更明显：图1为实施例1中装配后钎焊件的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要说明的是，在说明书及权利要求书当中使用了某些名称来指称特定组件。应当理解，本领域普通技术人员可能会用不同名称来指称同一个组件。本技术说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的实质性差异作为区分组件的准则。如在本技术说明书和权利要求书中所使用的“包含”或“包括”为一开放式用语，其应解释为“包含但不限定于”或“包括但不限定于”。具体实施方式部分所描述的实施例为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围。
19.实施例1请参照图1，本实施例提供一种用于ti-6al-4v和cuzrcr连接的真空钎焊方法：钎料选择：本实施例中钎料6选用ag68cu28ti4箔状钎料，其熔化温度为800~820℃；本实施例选取0.5~1mm厚的tu1无氧铜7作为ti-6al-4v与cuzrcr的异种连接过渡金属；对ti-6al-4v基体材料5进行预处理，包括顺次进行的除油、冲洗和吹干，具体包括将ti-6al-4v基体材料5浸入90℃的按照氢氧化钠40g/l、碳酸钠30g/l、磷酸三钠30g/l、硅酸钠5g/l和水混合配比而成的混合溶液内除油，经过5分钟后将ti-6al-4v基体材料5按照硝酸60ml/l、盐酸50ml/l、氢氟酸5ml/l和水混合配比的溶液内浸泡5分钟后取出，用流动热水冲洗，然后用干燥无油的压缩空气吹干；将tu1无氧铜7和cuzrcr基体材料8浸入40℃按照硫酸300~400ml/l、硝酸35ml/l、络合剂工业纯氯化铵10ml/l、缓蚀剂工业纯苯并三氮唑6ml/l和水混合配比的溶液内，浸泡5分钟后取出，用去离子冲洗，然后用干燥无油的压缩空气吹干；钎焊件装配：依次将ti-6al-4v基体材料5、钎料6、tu1无氧铜7、钎料6、cuzrcr基体材料8放置于钎焊夹具中夹紧装配形成钎焊件；本实施例中钎焊夹具包括底板1、上板2和压紧螺栓4，所述压紧螺栓4穿过底板1和上板2上开设的通孔，并通过位于压紧螺栓4两端的螺母3紧固由ti-6al-4v基体材料5、钎料6、tu1无氧铜7、钎料6、cuzrcr基体材料8构成的焊接样件，钎焊夹具可以采用不锈钢材质制备；真空钎焊：将装配后的钎焊件整体放入真空钎焊炉内；关闭炉门，启动真空钎焊炉抽气系统，真空度优于1
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pa；在真空钎焊炉中，120分钟升温至650℃，保温60分钟；在真空钎焊炉中，60分钟升温至870℃，保温90分钟；20分钟升温至910℃，保温15分钟；
停止加热，炉冷至60℃以下，开炉取出钎焊样件，打开钎焊夹具即可。
20.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
21.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。