銅與鈦板的晶格類型、熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線脹系數(shù)及化學(xué)成分相差懸殊,因此焊接時(shí)有很大困難。
1、焊縫容易形成氣孔
(1)銅與鈦高溫時(shí)吸氫能力很強(qiáng), 氫在液態(tài)的銅與鈦中溶解度較大。
(2)高溫冶金反應(yīng)熔池內(nèi)產(chǎn)生氣體。
(3)焊接區(qū)周圍的氧、氮?dú)怏w浸入熔池中。熔池結(jié)晶過程中,氣體不能全部逸出熔池表面,殘留在焊縫中形成氣孔。
2、焊接接頭裂紋傾向大
銅與鈦焊接時(shí),在兩種母材金屬側(cè)能形成共晶體和氫化物,在焊接應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。
(1)銅與鉍形成共晶點(diǎn)為270℃的(Cu+Bi)共晶體。
(2)銅與鋁形成共晶點(diǎn)為326℃的(Cu+Pb)共晶體。
(3)銅與硫化亞鐵形成共晶點(diǎn)為1067℃的(Cu+Cu2O)的共晶體。
(4)鈦母材金屬側(cè)形成片狀的氫化物TiH2,產(chǎn)生氫脆作用。
(5)銅與鈦的線脹系數(shù)相差1倍多,焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。
3、焊接接頭的力學(xué)性能低
(1)氧化膜能削弱銅與鈦的晶間結(jié)合,如焊縫中含氧達(dá)0.38%時(shí),接頭彎曲角由180°降至120°。
(2)大量的共晶體和氫化物顯著降低焊接接頭的塑性和韌性。
(3)銅與鈦的互溶性很小,高溫時(shí)容易形成金屬間化合物。如Ti2Cu、TiCu、Ti3Cu4、Ti2Cu3、TiCu2、TiCu4,增加脆性,降低塑性,并使焊縫金屬的抗腐蝕性能顯著降低。
銅與鈦或鈦合金采用真空擴(kuò)散焊、氬弧焊、等離子弧焊、釬焊及電子束焊可獲得優(yōu)良的焊接接頭。
例如:采用真空擴(kuò)散焊,真空擴(kuò)散焊的特點(diǎn)是接頭不氧化、焊縫外形美觀、產(chǎn)品質(zhì)量好。其主要操作過程為:焊前銅母材金屬(如T2)用三氯乙烯清洗,除掉油污等雜物。然后在10%的硫酸溶液中浸蝕1min,再用蒸餾水洗滌,然后進(jìn)行退火處理,退火溫度為820~830℃,退火時(shí)間10min。
鈦母材金屬(TA2)用三氯乙烯清洗后,在體積分?jǐn)?shù)為2%的HF和體積分?jǐn)?shù)為50%的HNO3水溶液中,用振動(dòng)方法浸蝕4min,去除氧化膜,然后用水和酒精清洗干凈。
(4)將清理干凈的兩種母材金屬按工藝要求進(jìn)行組裝,然后放入真空爐內(nèi)進(jìn)行焊接。其焊接參數(shù)為:焊接溫度為810℃±10℃,壓力為5~10MPa, 時(shí)間為10min,真空度為1.3332×10-8~ 1.3332×10-9MPa。在兩種母材金屬之間可以加中間擴(kuò)散層,通常擴(kuò)散層材料選用鈮金屬,也可以不加中間擴(kuò)散層。焊后要仔細(xì)清理接頭表面。
如采用氬弧焊焊接銅與鈦,選用鈰鎢極可以提高焊接質(zhì)量和有益于人體健康。如焊銅合金(QCr0.5)與鈦合金(TC2)時(shí),可用鈮做過渡層材料,氬氣純度為99.8%可獲得優(yōu)質(zhì)接頭。