一种钛和钢的钎焊方法 【技术领域】
一种钛和钢的钎焊方法，涉及一种将钛材和钢材在大气环境中采用氩弧钎焊工艺进行焊接的方法，用于钛钢复合板化工设备中钛和钢的钎焊连接，以及机械、电子等工业领域中需要将钛和钢连接的场合。
背景技术
钛具有较高的化学活性，常温下在空气中可以和氧发生反应生成稳定的氧化膜，高温下能和大多数金属材料发生化学反应生成脆性金属间化合物，温度大于600℃时，能和氧发生剧烈反应甚至出现燃烧现象。常规的焊接工艺如电焊、气焊、等离子、电子束等熔焊方法无法实现钛和钢的焊接，一般情况下采用爆炸焊接、扩散焊接、钎焊等焊接方法，这些方法可以有效抑制钛和钢在界面产生过多的脆性相。为了避免钛在高温下发生氧化，真空扩散焊接及真空钎焊是最普遍采用的方法，但由于真空室尺寸的限制，焊接工件的尺寸受到很大限制，在很多工业领域，需要焊接的零件尺寸大大超出真空室的容量，因此需要在大气环境中进行钎焊。
钎料的铺展性能是钎焊工艺的一项重要指标，工件表面氧化膜的状况对钎料铺展性能有决定性的影响。氧化膜的存在会增大钎料的润湿角，阻碍钎料的流动，从而影响钎料填充间隙的能力。因此钎焊时必须彻底去除氧化膜。普遍采用的办法是焊接时采用钎剂去除氧化膜，可以选用数种钎剂去除钢材表面的氧化膜，但去除钛材表面的氧化膜要困难的多，所用的钎剂的活性必须比钛的氧化物的活性更强，而且在高温下能够有效保护钛材表面不被外界气氛氧化，然而满足这些条件能够实用的钛材用钎剂是很难找到的，因此钛材表面的氧化膜不能用施加钎剂的方法去除，这是火焰钎焊不能用于钛材钎焊的主要原因。
在大气中进行钛的钎焊时，可以采用氩弧焊电弧将钛加热到钎焊所需要的温度，在电弧温度下，钛的氧化膜会发生分解，达到钎焊所需要的基本条件。
然而用电弧去除钢材表面氧化膜的效果却远不如钎剂。在钎焊温度下，熔融状态的钎剂不但可以彻底分解氧化膜，而且能够覆盖在钢材表面起到很好的保护作用，所以钎料在钎剂中的流动性能较好。用氩弧加热时，无法同时使用钎剂，只能靠电弧去除氧化膜，而且电弧的能量比较集中，钎料不易铺展，焊缝成型较差。
采用氩弧钎焊焊接时，必须同时考虑钢和钛两者对钎焊工艺的不同要求。采用氩弧焊直接进行钛和钢钎焊时，出现的问题或困难主要包括如下几个方面：
(1)无法彻底去除钢材表面的氧化膜，钎料填充间隙的能力不强，钎缝强度较低。
(2)钎料在钢材表面的流动性较弱，焊缝外观较差。
(3)容易造成钢材表面熔化，在钎焊接头中出现局部硬化区，产生应力集中或者形成裂纹源，对结构的强度产生不利影响。
【发明内容】
发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能不受工件尺寸的限制，能在在大气环境中将钛和钢进行钎焊连接的钛和钢的钎焊方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种钛和钢的钎焊方法，其特征在于其钎焊过程首先采用火焰钎焊对钢进行预钎焊，然后采用氩弧钎焊将经过预钎焊的钢材和钛进行钎焊。
本发明的一种钛和钢的钎焊方法，其特征在于所述地采用火焰钎焊对钢进行预钎焊过程是用火焰加热钢材待焊区域至800-950℃，再加入钎剂和钎料，在钢材待焊区域表面均匀地堆焊一钎料层，堆焊钎料层厚度为1-2mm。
本发明的一种钛和钢的钎焊方法，其特征在于所述的采用氩弧钎焊将经过预钎焊的钢材和钛进行钎焊过程是将钛板安装在钢材待焊区域表面的堆焊层上方，采用氩弧加热钛板及堆焊钎料层至920-950℃，再加入钎料BAg将钛板和堆焊层之间的间隙焊满。
本发明的一种钛和钢的钎焊方法，其特征在于所述的采用火焰钎焊对钢进行预钎焊过程加入钎剂和钎料，钎料为BAgCu28或BAg，钎剂为剂101。
由于钛材和钢材表面氧化膜的性能存在较大差异，能够在大气环境中采用火焰加热时将钛的氧化物还原出来的钎剂是很少的，所以钛很难用火焰钎焊的方法实现钎焊；而钢材表面的氧化物则很容易用合适的钎剂将其分解，可以方便地采用火焰钎焊进行焊接。
本发明的一种钛和钢的钎焊方法，根据钛材和钢材的不同特点，分别采用火焰钎焊和氩弧钎焊进行焊接，首先采用火焰钎焊对钢进行预钎焊，在焊缝区域堆焊一层1-2mm的钎料，采用的钎料为BAgCu28或者BAg；然后采用氩弧钎焊将经过预钎焊的钢材和钛进行钎焊。有效克服了氩弧钎焊在钢材表面去除氧化膜能力不足的问题以及钛材不能用火焰钎焊的难题，获得了高强度的钎缝，适用于钛钢复合板化工设备中钛和钢的钎焊连接，以及机械、电子等工业领域中需要将钛和钢连接的场合。
【具体实施方式】
一种钛和钢的钎焊方法，其具体操作过程的步骤包括：
(1)在钢材表面预钎焊
用机械方法清理需要钎焊的钢材表面，去除表面油污、铁锈等，用火焰加热待焊区域至800-950℃，加入钎剂剂101和钎料BAgCu28或者BAg，在钢材表面均匀地堆焊一层钎料，堆焊层厚度为1-2mm。
(2)钛材和堆焊层的钎焊
用硝酸和氢氟酸水溶液清洗钛板，去除钛板表面氧化层，酸洗液配方为HNO3(40％)+HF(2％)+H2O。
同时清理堆焊层上的钎剂残渣及其他污物，将清理好的钛板安装在上述堆焊层上方，采用氩弧加热钛板及堆焊层至950℃左右，加入钎料BAg将钛板和堆焊层之间的间隙焊满。
实施例1
钛板和钢板的搭接钎焊
将钛板和钢板进行搭接钎焊。采用机械加工的方法将将钢板表面的铁锈、油污清理干净；用火焰钎焊在钢板待焊表面加热至800-950℃，将钎料BAgCu28，钎剂剂101，堆焊在待焊表面加热的钢板上，堆焊层厚度为1-2mm。
用机械方法清除堆焊层上的焊渣和其他异物。
用40％硝酸和2％氢氟酸水溶液清洗钛板表面氧化膜，烘干后放置在钢板上。
在正面焊缝位置，用氩弧焊电源加热堆焊层和钛板，加热时钛板一侧用氩气保护罩进行保护，避免氧化。电弧偏向堆焊层一侧，使堆焊层和钛板的温度大体相等。达到950℃，加入BAg钎料，将堆焊层和钛板钎焊起来。采用同样方法焊妥背面焊缝。
实施例2
将钛板和钢板进行对接钎焊。采用机械加工的方法将将钢板表面的铁锈、油污清理干净；用火焰钎焊在钢板表面及端面堆焊，钎料为BAgCu28，钎剂为剂101，堆焊层厚度为1-2mm。
用机械方法清除堆焊层上的焊渣和其他异物。
用40％硝酸和2％氢氟酸水溶液清洗钛板表面氧化膜，烘干后和钢板平行放置在一起，间隙为1-1.5mm。
在焊缝正面，用氩弧焊电源加热堆焊层和钛板，焊缝背面用氩气保护罩进行保护，避免氧化。电弧对准焊接间隙，使堆焊层和钛板的温度大体相等。达到950℃左右时，加入BAg钎料，将堆焊层和钛板钎焊起来。
采用同样方法将背面进行钎焊。
实施例3
将钛板和钢板进行对接钎焊。采用机械加工的方法将将钢板表面的铁锈、油污清理干净；用火焰钎焊在钢板表面进行堆焊，钎料为BAgCu28，钎剂为剂101，堆焊层厚度为1-2mm。
用机械方法清除堆焊层上的焊渣和其他异物。
用40％硝酸和2％氢氟酸水溶液清洗钛板表面氧化膜，烘干后垂直放置在钢板堆焊层上。
在角焊缝的一侧，用氩弧焊电源加热堆焊层和钛板，角焊缝另一侧用氩气保护罩进行保护，避免氧化。电弧偏向堆焊层，使堆焊层和钛板的温度大体相等。达到950℃左右时，加入BAg钎料，将堆焊层和钛板钎焊起来。
采用同样方法将另一侧的角焊缝焊接起来。