首页 / 专利库 / 化学元素和化合物 / / 一种接合铝和钛的熔焊方法

一种接合熔焊方法

阅读:836发布:2023-02-28

专利汇可以提供一种接合熔焊方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种将包含 铝 合金 的第一构件(1)接合到包含 钛 合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件(2)的方法,该方法包括步骤:(i)将所述第二构件的所述边缘 倒 角 成锥形截头形状,该锥形截头形状具有:在第一侧面上的第一锥角α1;在第二侧面上的第二锥角α2;以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间并且t在0.05e到0.3e之间,(ii)将所述第一构件和所述第二构件的被倒角的边缘(21)以对接关系放置,从而限定待被 硬钎焊 的几何形状(3),(iii)在存在惰性气体(5)和填充金属(4)情况下,将邻近对接处的所述构件的表面区域加热到高于所述 铝合金 的 熔化 温度 并且低于所述钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎 焊接 头。根据本发明的方法对于获得具有高加工产量的铝和钛之间的高强度硬钎焊接头尤其有用。,下面是一种接合熔焊方法专利的具体信息内容。

1.一种将包含合金的第一构件(1)接合到包含合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件(2)的方法,该方法包括步骤:
(i)将所述第二构件的所述边缘成锥形截头形状,该锥形截头形状具有:在第一侧面上的第一锥角α1;在第二侧面上的第二锥角α2;以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间,
(ii)将所述第一构件和所述第二构件的被倒角的所述边缘(21)以对接关系放置,从而限定待被硬钎焊的几何形状(3),
(iii)在存在惰性气体(5)和填充金属(4)情况下,将邻近对接处的所述构件的表面区域加热到高于所述铝合金熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎焊接头。
2.根据权利要求1所述的方法,其中α1与α2的和在20°到40°之间,和/或t在
0.1e和0.2e之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述几何形状选自带有宽钝边的斜面对接、带有宽钝边的V形对接、J形对接、U形对接及其组合。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述几何形状是带有宽钝边的单斜面对接,其具有角度δ和深度d,其中所述角度δ在40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,所述深度d在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。
5.根据权利要求3所述的方法,其中所述几何形状是带有宽钝边的双斜面对接,其在一个侧面上具有带有第一角度δ1和第一深度d1的第一坡口,以及在另一个侧面上具有带有第二角度δ2和第二深度d2的第二坡口,并且其中所述第一和第二角度δ1和δ2在
40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,并且其中所述第一深度d1与所述第二深度d2的和在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。
6.根据权利要求3所述的方法,其中所述几何形状是带有宽钝边的单V形对接,其具有角度δ和深度d,并且其中所述角度δ在100°到140°之间并且优选地在110°到130°之间,并且其中所述深度d在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到
90%之间。
7.根据权利要求3所述的方法,其中所述几何形状是带有宽钝边的V形-斜面对接,其在一个侧面上具有带有第一角度δ1和第一深度d1的第一V形坡口,以及在另一个侧面上具有带有第二角度δ2和第二深度d2的第二斜面坡口,其中所述第一角度δ1在100°到
140°之间并且优选地在110°到130°之间,其中所述第二角度δ2在40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,并且其中所述第一深度与所述第二深度的和在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法,其中所述第一和第二构件选自挤压型材、薄板和板材。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法,其中所述第一和第二构件用包含用于保持所述惰性气体的背压在大气压之上——优选地大于110kPa——的工具的夹持装置固定,并且其中硬钎焊组件成品在单道焊接之后获得。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其中所述铝合金是选自2XXX、5XXX、6XXX或7XXX合金系列的可熔焊合金。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述铝合金是可热处理的。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述第一构件在步骤(iii)期间处于T 3X或T4X回火,并在步骤(iii)后包括一个步骤(iv):将所述第一构件时效到T6X或T8X回火。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法,其中加热从带有自耗电极电弧焊中获得。
14.根据权利要求9所述的方法,其中所述夹持装置(6)包括:上部面(66),其适于压靠待被硬钎焊在一起的所述构件;通道(63);用于将所述构件束紧在所述上部面之上的工具(641)、(642)、(643),从而获得基本不漏气的管道,该管道具有所述通道和用于壁的构件;用于将气体(52)引入所述管道的工具(61);以及用于使所述管道内的所述气体获得大气压之上的压的工具(62),以便在硬钎焊期间所述压力迫使铝合金在所述第二构件之上熔化。
15.一种根据权利要求10的方法获得的硬钎焊组件,包括:第一挤压构件(1),其包括选自2XXX、5XXX、6XXX或7XXX合金系列的可熔焊合金;第二挤压构件(2),其包括钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘和锥形截头形状,该锥形截头形状具有在第一侧面上的第一锥角α1,在第二侧面上的第二锥角α2以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间。
16.根据权利要求15所述的硬钎焊组件,其中所述组件的极限抗拉强度大于260Mpa,并优选地大于280Mpa。
17.根据权利要求15或16所述的硬钎焊组件在用于航空航天工业的结构元件的制造中的用途。
18.一种飞机座椅轨道,包括根据权利要求15或16所述的硬钎焊组件。

说明书全文

一种接合熔焊方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种铝合金和钛合金的接合方法,具体地,涉及在航空航天工业中使用的这种方法。

背景技术

[0002] 通常已知当制造用于航空结构的半成品和结构元件时,一些需求特性通常不能彼此独立地同时被优化。因此,带有在空间中可变特性的单片金属结构元件如今在航空工业中有很大需求。结构元件承受各种各样相矛盾的限制,这些限制需要对材料和工作条件作出具体选择,而这些选择可能导致并不令人满意的妥协。专利申请US 2005/156095描述了对于制造飞机的座椅安装轨道来说,有利地是使用具有很高耐腐蚀性的材料,例如钛合金。然而,钛合金很昂贵,并且具有比铝合金更大的密度,这对于在商用飞机制造中对减少成本和重量的恒定需求来说是不利的。因此,建议制作一种座椅安装导轨,其带有由第一材料——例如高强度铝合金——制成的下截面和由不同于第一材料的第二材料——例如钛合金——制成的上截面。所述第一和第二材料通过均匀的冶金互连(metallurgical interconnection)或粘结来相互连接。
[0003] 在焊接技术中,可以区分出两个主要的种类。在熔焊方法——例如电阻点焊接、火花对头焊接、激光焊接电弧焊和电子束焊接——中,焊接在熔点之上在液相中进行。在固态焊接——例如摩擦焊接、摩擦搅拌焊接或扩散焊接——中,焊接在熔点下在固相中进行。
[0004] 钛和铝的扩散焊接已经在“Properties of diffusion weldedhybrid joints titanium/aluminium,J.Wilden,JP Bergmann,S.Herz,Proceedings of the 3rd International Brazing and SolderingConference,April 24-26,2006,Crowne Plaza Riverwalk Hotel,SanAntonio,Texas,USA,pp 338-343)”中报道。然而,所获得的组件的强度小于100Mpa。
[0005] 关于熔焊技术,为了将铝合金焊接到钛合金,可以考虑两种选择:第一种选择是在高于钛合金熔化温度的温度下焊接,从而使铝合金和钛合金都熔化;第二种选择是在高于铝合金的熔化温度但低于钛合金的熔化温度的温度下焊接,后一种情况在此也被称为“硬钎焊(weld-brazing)”。
[0006] 专利US 4,486,647说明了第一种选择:提供足够的焊接能,从而使铝合金和钛合金在熔化界面处熔化。然而,当熔化物固化时,产生大量的钛-铝合成物,导致接合处产生低于大约100Mpa的弱机械强度。
[0007] 第 一 种 选 择 还 在“Laser processing of aluminum-titaniumtailored blanks,M.Kreimeyer,F.Wagner,F.Vollersten,Opticsand Lasers in Engineering43(2005)1021-1035”中报道。在这个文献中报道了一种方法,其中通过在经传导将铝基金属加热的同时熔化钛基金属来实现接合。然而,在这种情况中仍获得大约200Mpa的有限强度。
[0008] 专利US 2,761,047提供了为了使用惰性气体电弧焊炬将铝和铝合金接合到钛和钛合金的硬钎焊条件。已公开的方法包括清洁步骤,该清洁步骤最好当焊炬具有非自耗电极并且是超高频交流电类型时完成。
[0009] 没有填充金属(filler metal)的铝和钛的激光硬钎焊也在“Investigation of Laser-Beam Joined Titanium-Aluminum HybridStructures,Applied Production Technology APT’07,Bremen,September 17-19,2007”中报道。相比于第一种选择,机械强度增强了,然而,对于在T4状态下的TiAl6V4合金和6065合金之间的焊缝(在焊接到T6状态后进行时效)来说,机械强度仍不高于242Mpa。在会议上报道的接合速度大约为0.2m/mn,由此带来大约20mm宽的受热影响区。
[0010] 已经证明将铝硬钎焊到钛的是困难的,接合的强度可以增强并且加工产量可以被改进。需要一种改进的方法,该方法能够高产量地将铝合金部件硬钎焊到钛合金部件,并能提供高强度焊接接头。

发明内容

[0011] 本发明的第一个目的是一种方法,其将包含铝合金的第一构件(1)接合到包含钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件(2),该方法包括步骤:
[0012] (i)将所述第二构件的所述边缘成锥形截头形状,该锥形截头形状具有:在第一侧面上的第一锥角α1;在第二侧面上的第二锥角α2;以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间,[0013] (ii)将所述第一构件和所述第二构件的倒角边缘(21)以对接关系放置,从而限定待被硬钎焊的几何形状(3),
[0014] (iii)在存在惰性气体(5)和填充金属(4)情况下,将邻近对接处的所述构件的表面区域加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎焊接头。
[0015] 本发明的又一个目的是根据本发明的方法可获得的硬钎焊组件,包括:第一挤压构件(1),其包括选自2XXX、5XXX、6XXX或7XXX合金系列的可熔焊合金;第二挤压构件(2),其包括钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘和锥形截头形状,该锥形截头形状具有第一侧面上的第一锥角α1和第二侧面上的第二锥角α2以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间。
[0016] 本发明的其他目的包括本发明的硬钎焊组件在用于航空航天工业的结构元件以及包括本发明硬钎焊组件的飞机座椅轨道的制造中的使用。附图说明
[0017] 图1示出了由不同接头几何形状限定的并以角度δ和深度d为特征的坡口。
[0018] 图2示出了本发明的一个实施方案。
[0019] 图3是根据本发明的倒角边缘的特定形状的实施例
[0020] 图4是根据本发明的倒角边缘的特定形状的实施例。
[0021] 图5示出了根据本发明的第一和第二构件的不同对接关系。
[0022] 图6示出了根据本发明硬钎焊的挤压部分的两个实施方案。
[0023] 图7示出了根据本发明的夹持装置。
[0024] 图8a和8b分别示出了试验序号1和4的硬钎焊接头的图像
[0025] 图9示出了试验序号1和2的硬度曲线图。具体实施方案
[0026] 除非另外指出,所有与合金化学成分有关的指示被表达为基于合金总重量的按重量的质量百分比。合金牌号是依照本领域技术人员已知的铝业协会的规则。牌号6X56包括任何带有6作为第一位数以及56作为第三和第四位数的合金,例如6056和6156。这里使用钛的化学符号Ti,然后紧跟着合金元素的百分比数和化学符号来表示钛合金命名。例如Ti-5A1-2.5Sn表示重量百分比5%的铝和2.5%的合金元素存在于钛合金中。铝合金产品的回火(temper)在欧洲标准EN 515中规定。在本说明书中,T3X表示带有3作为第一位数的任何回火操作,包括例如T3、T39、T351或T3511,此原理同样适用于T4X、T6X和T8X。除非另外指出,静态机械特性——换句话说,极限抗拉强度(UTS,也表示为Rm),抗拉屈服强度(TYS,也表示为YS或Rp0.2),在断裂A处的伸长率和颈部Ag处的伸长率由根据标准EN
10002-1的抗拉实验所确定。硬钎焊接头上的抗拉实验根据EN 895:“金属材料焊缝上的破坏性实验-横向抗拉实验”确定。除非另外指出的,使用在欧洲标准EN 12258-1中给出的定义。术语“薄板(sheet)”指的是厚度不超过大约6mm的轧制制品。术语“板材(plate)”包括:“中厚板材”,其是厚度从约6mm到约30mm的轧制制品;“厚板材”,其是厚度通常在约
30mm以上的轧制制品。标准ISO 2553:1992(E)中为焊接接头限定的接头几何形状在本说明书中用于描述待被焊接或硬钎焊的边缘的准备。由不同的接头几何图形限定的坡口以角度δ和深度d为特征,如图1中说明的。挤压制品的厚度根据标准EN 2066限定。
[0027] 根据本发明,将包含铝合金的第一构件(1)接合到包含钛合金并具有至少一个厚度为e的边缘的第二构件(2)的方法包括步骤:
[0028] (i)将所述第二构件的所述边缘倒角成锥形截头形状,该锥形截头形状具有:在第一侧面上的第一锥角α1,该第一锥角在所述第一侧面的倾斜部分和所述第一侧面的表面之间;在第二侧面上的第二锥角α2,该第二锥角在所述第二侧面的倾斜部分和所述第二侧面的表面之间;以及最小厚度t,其中α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间,
[0029] (ii)将所述第一构件和所述第二构件的倒角边缘(21)以对接关系放置,从而限定待被硬钎焊的几何形状(3),
[0030] (iii)在存在惰性气体(5)和填充金属(4)情况下,将所述构件的表面加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎焊接头。
[0031] α1和α2大于或等于0。
[0032] 图2示出了本发明的一个实施方案,其中包含铝合金的第一构件(1)与具有被倒角成锥形截头形状的一个边缘(21)的第二构件(2)以对接关系放置。第一和第二构件被示意性表示的夹持装置(6)固定。在这个实施方案中,对接关系的几何结构(3)是带有宽钝边(broadroot face)的双斜面(bevel)对接。具有自耗填充焊丝(4)作为电极的MIG焊炬(7)喷出惰性气体,该惰性气体包围接合区域并提供惰性气体的环境(5),防止了与第一和第二构件的对接部分相邻的表面区域的化。焊缝的背面部分(即位于MIG焊炬相对侧上的焊缝部分)也被惰性气体(51)保护,防止氧化。用于提供自耗电极的工具(8)也在该实施方案中呈现。所述构件的表面被加热到高于铝合金的熔化温度并且低于钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎焊接头。
[0033] 根据本发明,包含钛合金的第二构件的倒角边缘必须具有特定形状。图3和图4是根据本发明的倒角边缘的特定形状的两个实施例。第二构件具有至少一个厚度为e的边缘。通常,尽管可以使用任何带有平面平行形状的边缘,所述第二构件是挤压型材或薄板。优选地,第一和第二构件从包括挤压型材、薄板和板材的组中选择。如图3和图4中示出的,厚度为e的带有平面平行形状的边缘具有:在第一侧面上的第一锥角α1,该第一锥角在所述第一侧面的倾斜部分和所述第一侧面的表面之间;在第二侧面上的第二锥角α2,该第二锥角在第二侧面的倾斜部分和所述第二侧面的表面之间;以及最小厚度t,其中α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间。本发明的锥形截头形状提供了焊接接头的明显的强度增强和改进的加工产量。如果α1与α2的和小于10°,则相比于边缘厚度,所述锥形形状太尖并且锥面不可以完全被焊缝覆盖,这样会导致焊接接头强度的损失。
如果α1和α2的和大于50°,则相比于常规的正方形对接几何结构,所述锥形形状不尖,并且不能提供明显的强度增强。如果t小于0.05e,则截头形状尖端太尖,并且可能会在硬钎焊过程中熔化,而这是应该避免的。如果t大于0.3e,则相比于常规的正方形对接几何结构,截头形状尖端不够尖,并且不能提供明显的强度增强。优选地是α1与α2的和在20°到40°之间,和/或t在0.1e到0.2e之间。
[0034] 尽管发明人没有被束缚在任何特定理论上,但是发明人相信根据本发明的硬钎焊接头的增强的强度与铝合金和钛合金之间接触表面的增加和/或在钛合金上熔化的铝合金的改进的流动和/或铝合金和钛合金之间不存在尖的接触角度(这些与锥形截头形状相关)有关。与倒角边缘通常减少硬钎焊区域厚度的目的相反,甚至为厚度小于2.5mm的边缘选择锥形截头形状。
[0035] 接着,第一构件和所述第二构件的倒角边缘(21)以对接关系放置,从而限定待被硬钎焊的几何形状。所述对接关系包括几何形状,其中在待被硬钎焊的构件之间留出有限的接头间隔,通常小于第二构件边缘厚度e的10%。优选地,所述几何形状选自:带有宽钝边的斜面对接、带有宽钝边的V形对接、J形对接、U形对接及其组合。“组合”意味着例如可以在一个侧面上选择带有宽钝边的V形对接,而在另一侧面上选择带有宽钝边的斜面对接,从而提供带有宽钝边的V形斜面对接的几何形状。
[0036] 在本发明的实施方案中,所述几何形状是带有宽钝边的单斜面对接,其具有角度δ和深度d,所述角度δ在40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,并且所述深度d在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。这个实施方案在图5c中说明。
[0037] 在本发明的优选实施方案中,所述几何形状是带有宽钝边的双斜面对接,其在一个侧面上具有带有第一角度δ1和第一深度d1的第一坡口以及在另一个侧面上具有带有第二角度δ2和第二深度d2的第二坡口,并且其中所述第一和第二角度δ1和δ2在40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,并且其中所述第一深度d1与所述第二深度d2的和在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。这个实施方案在图5a、5b、5d和5f中说明。
[0038] 在本发明的另一个实施方案中,所述几何结构是带有宽钝边的单V形对接,其具有角度δ和深度d,所述角度δ在100°到140°之间并且优选地在110°到130°之间,并且其中所述深度d在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。
[0039] 在本发明的又一个实施方案中,所述几何图形是带有宽钝边的V形-斜面对接,其在一个侧面上具有带有第一角度δ1和第一深度d1的第一V形坡口以及在另一个侧面上具有带有第二角度δ2和第二深度d2的第二斜面坡口,其中所述第一角度δ1在100°到140°之间并且优选地在110°到130°之间,其中所述第二角度δ2在40°到80°之间并且优选地在50°到70°之间,并且其中所述第一深度和所述第二深度的和在所述第二构件厚度的70%到95%之间并且优选地在80%到90%之间。该实施方案在图5e中说明。当铝合金第一构件太厚,以至于在通常的熔焊条件下不能在其整个厚度上熔化时,在至少一个侧面上的带有宽钝边的V形对接几何形状是有利的,通常当第一构件的厚度大于2.5mm或者甚至5mm时,该实施方案可以使用。
[0040] 图6a和6b说明了根据本发明的由钛合金制成的挤压型材段(2)和由铝合金制成的挤压型材段(1)之间由硬钎焊接头(10)接合的硬钎焊组件。
[0041] 如图6b中说明的,当硬钎焊组件包括几个铝合金构件时,非对称接头几何形状——例如,单斜面几何形状(图5c)或非对称双斜面几何形状(图5d)或单V形几何形状——是有利的。另一方面,对称几何形状——例如,双斜面几何形状或双V形几何形状——对于包括单个铝合金构件的硬钎焊组件来说是有利的,如图6a中所示。
[0042] 接着,在存在惰性气体(5)和填充金属(4)情况下,将与对接处相邻的所述构件的表面区域加热到高于所述铝合金的熔化温度并且低于所述钛合金的熔化温度的温度,以获得硬钎焊接头。该操作在这里称为硬钎焊步骤。
[0043] 熔焊方法——例如电阻点焊接、火花对头焊接、激光焊接、电弧焊诸如TIG(钨极惰性气体焊)或MIG(熔化极惰性气体电弧焊)、等离子焊接、电子束焊接及其组合——是用于加热所述构件表面的优选方法。在本发明的一优选实施方案中,使用带有自耗电极的电弧焊方法。自耗电极相对于非自耗电极的优势特别是在于减少的热输入以及更简单的加工自动化,所述减少的热输入减小了受热影响区的宽度,而所述更简单的加工自动化使得更高的加工产量成为可能。根据本发明的方法,填充金属的使用是必要的,以避免焊缝中的热裂。由铝合金或锌合金制成的不同的填充金属都适合于本发明,填充金属通常被选择与第一构件铝合金相容。填充合金的实例是2319、4043、4047、4145、5087和5183。适合于瞬时加工的惰性气体的实例是氩气、氦气和氮气及其混合物。氧化气体——例如氧气或二氧化——可以被添加进惰性气体。合适的混合物是含有至少95%的氩气或氦气和最多5%的氧气或二氧化碳。
[0044] 任何可熔焊的铝合金都可以被用于本发明的方法中。特别是,2XXX、5XXX、6XXX和7XXX系列的可熔焊合金是有优势的。铝合金第一构件优选地是可热处理的合金,这意味着其可以被固溶热处理和淬火所硬化。在可热处理的铝合金中,具有至少0.8wt.%锂的
6XXX合金和2XXX合金是优选的。具有至少0.8wt.%锂并还含有至少0.1wt.%的可焊接铝-锂合金(“ alloy”)尤其适合于本发明的方法。
[0045] 对于人工时效的铝合金制品,硬钎焊操作可以在人工时效之前或之后执行。当人工时效在硬钎焊组件上进行时,强度进一步增强。在本发明的一实施方案中,所述第一构件在硬钎焊步骤期间是T3X或T4X回火,并且该方法包括一紧随硬钎焊步骤的步骤,该步骤由将第一构件时效到T6X或T8X回火组成。然而,在一些情况下,尤其是当组件具有大尺寸,例如几米长度时,这一额外的步骤对于加工产量来说可能并不是有利的。本发明的硬钎焊组件根据本发明的方法是可获得的,并且包括:第一构件(1),其包含选自2XXX、5XXX、6XXX或7XXX合金族的可熔焊合金;第二构件(2),其包含钛合金,并具有至少一个厚度为e的边缘和锥形截头形状,该锥形截头形状具有:在第一侧面上的第一锥角α1,该第一锥角在所述第一侧面的倾斜部分和所述第一侧面的表面之间;在第二侧面上的第二锥角α2,该第二锥角在所述第二侧面的倾斜部分和所述第二侧面的表面之间;以及最小厚度t,其中α1和α2大于或等于0,α1与α2的和在10°到50°之间,并且t在0.05e到0.3e之间。
[0046] 根据本发明的硬钎焊组件具有优选地大于260Mpa的极限抗拉强度,并优选地大于280Mpa。根据本发明的硬钎焊组件可以用于航空航天工业中结构元件的制造。例如,包含本发明的硬钎焊组件的飞机座椅轨道是有优势的。
[0047] 另一个有关瞬时加工的改进是受热影响区宽度的减少,所述受热影响区宽度通常小于15mm甚至小于10mm。
[0048] 根据本发明的方法使得优选地至少0.5m/min并且甚至至少1.0m/min的高焊接速度的使用成为可能。
[0049] 通常,硬钎焊组件成品在双道焊接后获得:在对接构件的每个侧面上的进行单道焊接,而这降低了加工产量。本发明人发现:通过使用特定的夹持装置,可用单道焊接获得硬钎焊组件成品,这样对于加工产量来说是非常有利的。当一个侧面具有低接近性时,例如图6b的几何形状,在一个侧面上的硬钎焊也是有优势的。根据本发明一有利实施方案,第一和第二构件用一夹持装置固定,该夹持装置包含用于保持惰性气体背压在大气压之上——优选地大于110kPa或120kPa——的工具,因此在单道焊接后获得硬钎焊组件成品是可能的。惰性气体的背压是惰性气体在焊缝背面部分周围的惰性气体的气压。出乎意料地,使用根据本发明的夹持装置获得的压控制使得在硬钎焊期间能够控制铝合金的熔化流动,并特别地迫使铝合金能够在钛合金构件之上熔化,从而避免了例如掉落或过多的焊缝焊瘤,并且不论坡口的几何形状如何,在单个面上的单道焊接后获得基本对称的硬钎焊接头。
[0050] 现在描述带有控制惰性气体背压的工具的用于本发明方法的合适的夹持装置(图7)。对于将包含铝合金的第一构件(1)硬钎焊到包含钛合金的第二构件(2)中使用的夹持装置(6)包括:上部面(66),其适于压靠待被硬钎焊在一起的所述构件;通道(63);用于将所述构件束紧在所述上部面之上的工具(641)、(642)、(643),从而获得基本不漏气的管道,该管道具有所述通道的和用于壁的构件;用于将气体(52)引入所述管道的工具(61);以及用于使所述管道内的所述气体获得大气压之上的压力的工具(62),以便在硬钎焊期间所述压力迫使铝合金在所述第二构件上熔化。用于将构件(1)和(2)束紧在上部面(66)之上的工具优选地是经机加工管(642)连接到真空(643)的通道(641)。也可以使用机械夹持,但是对于本发明人来说似乎使用这种类型的束紧工具在通道和待被焊接的构件之间获得基本不漏气的管道更难。由于基本不漏气,意味着在没有过多惰性气体输入压力的情况下可以在管道内获得大于大气压的压力。扩散器可以有利地作为获得过压的工具而使用。
[0051] 根据本发明的方法有很多用处,特别是在汽车路、航空航天、造船工业中运输工具的机械构造。用于航空航天工业的结构元件的制造是优选的应用。术语“结构元件”指的是用在机械构造中的元件,对于这些元件,其静态和/或动态机械特性对于结构的性能和完整性来说尤其重要,并且通常对其要求或执行结构计算。所述结构元件通常是机械部件,如果所述机械部件发生故障,则会危及所述构造、用户、乘客等等。对于飞机来说,这些结构元件具体包括组成机身的元件,例如机身蒙皮、加劲筋或加强件(stringer)、舱壁、圆周框架、机翼(例如机翼蒙皮)、加强件、肋条和翼梁、特别地由平或垂直稳定器组成的尾翼、板梁、座椅轨道和机
[0052] 采用根据本发明的方法硬钎焊的挤压型材在制造飞机座椅轨道时特别有用。
[0053] 实施例
[0054] 准备焊接组件,该组件包括1.8mm或2mm厚的由铝合金制成的薄板和由相同厚度的钛合金制成的薄板。钛合金是Ti-6Al-4V。铝合金是AA6X56或AA2X98。AA6X56在T3X回火或T6X回火下焊接。当AA6X56在T3X回火下焊接时,为了在焊接后获得T6X回火,焊接组件被时效处理。AA2X98在T3X回火或T8X回火下焊接。当AA2X98在T3X回火下被时效处理时,为了在焊接后获得T8X回火,焊接组件被时效处理。这个加工过程被称作PWHT(Post Welding Heat Treatment)(焊后热处理),而其中焊接在被时效处理的铝合金构件上进行的加工过程被称作HTBW(Heat Treatment before Welding)(焊前热处理)。
[0055] MIG电弧焊被用作一种焊接方法。测试通过使用Fronius的 焊接机器来进行。氩气用作用于焊接的惰性气体。填充金属是4043合金线,直径1.2mm。除非另外提及,钛薄板采用几何形状α1=α2=15°并且t/e=0.15(α1、α2、t和e在图3中定义)倒角。除非另外提及,铝薄板和钛薄板的倒角边缘以对接关系放置,限定带有宽面的双斜面对接的几何形状。使用两个夹持装置。夹持装置A是图2中描述的标准夹持装置,夹持装置B在图7中描述。当使用夹持装置B时,硬钎焊仅在对接构件的一个侧面上进行。当使用夹持装置A时,焊接在一个侧面上进行,然后焊接组件被反过来并且焊接在另一侧面进行。焊接接头的试验条件和机械特性在表1中提供。
[0056] 表1.试验条件和结果
[0057]
[0058] a:钛薄板没有倒角,硬钎焊前是正方形对接几何结构
[0059] b:1-4、6和7变量的标准偏差是<10Mpa。对于试验序号5,试验之间的偏差太大(>27Mpa),从而提供显著的平均值,显示出最大值和最小值。
[0060] 试验序号1(双道焊接)和试验序号4(单道焊接)的硬钎焊样品的图像分别呈现在图7a和图7b中。
[0061] 图8是试验序号2(HTBW)和试验序号1(PWHT)的硬钎焊样品的硬度曲线图。该硬度曲线图在确定受热影响区的宽度时是有用的。对于两个样品,受热影响区的宽度约为10mm,小于15mm。
[0062] 参考试验序号5和根据本发明的试验(1至4、6以及7)的比较,明显示出根据本发明的方法的优点:根据本发明的硬钎焊样品的强度更高,并且相比于参考硬钎焊样品,呈现出更小的偏差。涉及焊后热处理加工方法的又一个改进尤其可以通过比较试验序号1和试验序号2所观察到。单道焊接(夹持装置B)所获得的强度类似于双道焊接(夹持装置A)所获得的强度,因此使用夹持装置B可以获得双倍的加工产量。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
铝熔流槽 2020-05-11 1018
一种铝屋 2020-05-12 371
h形槽铝 2020-05-12 279
铝型材 2020-05-13 90
铝翅片管 2020-05-13 184
铝型材 2020-05-12 898
铝电解槽 2020-05-12 500
铝合金箔 2020-05-11 375
5182铝合金 2020-05-11 486
铝合金 2020-05-11 732
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈