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CN109590596B - 一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法 - Google Patents

一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法 Download PDF

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CN109590596B CN201811387941.XA CN201811387941A CN109590596B CN 109590596 B CN109590596 B CN 109590596B CN 201811387941 A CN201811387941 A CN 201811387941A CN 109590596 B CN109590596 B CN 109590596B
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汪洋
余利泉
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Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
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Abstract

本发明公开了一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，具体步骤如下：(1)取可伐合金、钛合金、银箔，将其表面清洁干净；(2)将银箔放置于可伐合金与钛合金的中间，利用夹具固定好，夹紧；(3)将样品放入真空室，设定电子束的焊接参数，设定电子束的射入位置；(4)采用电子束焊机进行焊接。本发明的可伐合金与钛合金的异种金属焊接方法，采用银为中间过渡层，可以有效阻止焊接过程脆性金属间化合物的形成，无需特殊的焊前焊后处理，所得接头抗拉强度高，无气孔及裂纹等优点。

Description

一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种异种金属电子束焊接方法，具体是一种基于中间层的可伐合金与钛合金的异种金属电子束焊接方法，属于材料焊(连)接技术领域。
背景技术
可伐合金由于线膨胀系数与玻璃、蓝宝石等材料接近，在电子封装领域有着广泛的应用。随着封装规模的不断扩大，对封装组件的轻量化要求越来越高，特别是在深低温封装领域，冷平台规模的增大直接导致杜瓦芯柱、绝热支撑等部件受到的力学负载加大，组件热损失加剧。钛合金材料因低密度、低导热、低放气、高强度的特点显示出了巨大的优势。由于低温封装时，杜瓦需维持真空状态，因此可伐合金与钛合金在低温杜瓦内的组合应用时需解决气密性与高强度焊接的问题。但是可伐合金与钛合金膨胀系数不匹配，直接焊接时易产生中间脆性金属间化合物等问题，导致焊后接头开裂或强度弱。
一种钛合金与可伐合金的异种金属电子束焊方法，申请号：201810460065.2，公开了一种在钛合金与可伐合金焊接时采用铌和铜双夹层进行电子束焊接的方法，取得了较好效果。但双夹层方案中间层厚度需严格设计，焊接时装配要求高，存在较多的应用局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高气密、高可靠的可伐合金与钛合金的异种金属焊接方法，以适应低温、轻量化封装的应用。焊接过程装配要求低，无需特殊的焊前焊后处理，所得接头抗拉强度高，无气孔及裂纹等优点。
为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其具体步骤如下：
(1)试样表面清理：取可伐合金、钛合金、银箔，将其表面依次进行打磨、除油、酸洗、酒精清洗处理；
(2)试样放置：将银箔放置于可伐合金与钛合金的中间，利用夹具固定好，夹紧；
(3)设置参数：将样品放入真空室，设定电子束的射入位置，设定电子束的焊接参数：加速电压为45-55kV，电子束流为7-10mA，焊接速度为5-6mm/s；
(4)焊接：当真空室真空度优于0.1Pa后，采用电子束焊机进行焊接。
所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于所述银箔纯度大于98wt％，厚度为0.4mm-0.8mm。
所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于固定时银箔焊接面、可伐合金焊接面、钛合金焊接面对齐，夹紧试样时控制相邻试样原料之间最大缝隙不超过0.1mm。
所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于电子束的射入位置位于银箔中间，偏差控制在±0.1mm以内。
本发明的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法有以下三个特点：一是本发明采用了银单夹层进行焊接，焊接过程装配要求低，无需特殊的焊前焊后处理；二是银夹层的引入改变了焊缝中的元素分布，实现了与待焊异种材料的匹配，避免或阻碍了脆性金属间化合物中间层的形成；三是利用电子束焊接时快速加热和冷却的特点，有助于晶粒的细化与热影响区范围的缩小，可以获得力学性能优良的焊接构件，焊接接头的抗拉强度可超过280MPa。
附图说明
图1为焊接方法流程；
图2为中间层材料位置及焊接示意图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
采用4J29可伐合金、TC4钛合金与纯度99wt％银箔试样，将待焊试样表面进行打磨，打磨完成的试样放入丙酮或碳酸钠溶液中超声清洗15min，对可伐合金，采用20％硫酸溶液去除氧化膜，再用酒精超声清洗5min，对于钛合金和银，采用氢氟酸及硝酸的混合溶液去除氧化膜，再用酒精超声清洗5min。将0.8mm厚的银箔放置于可伐合金与钛合金的中间，利用夹具固定好，夹紧，夹紧试样时控制相邻试样原料之间最大缝隙不超过0.1mm，具体如图2所示，可伐合金、钛合金、银箔的焊接面位于同一平面上。将固定好的试样置于真空电子束焊机真空室内，设定焊接参数：加速电压55kV，电子束流为10mA，焊接速度为6mm/s。电子束的射入位置位于银箔中间，当焊接室真空度优于0.1Pa后，开始焊接。焊完之后，等待试样冷却，再打开焊机的真空室，取出试样，得到可伐合金与钛合金的复合构件。利用上述焊接规范得到的平板对接焊缝，成形良好，焊缝内部无裂纹、未焊透及未熔合等缺陷，无可见夹杂物，无气孔。
实施例2
采用与实施例1相同的试样清理和放置方法进行可伐合金与钛合金的焊接。除银箔厚度为0.5mm，加速电压55kV，电子束流为8mA，焊接速度为6mm/s。电子束的射入位置位于银箔中间，当焊接室真空度优于0.1Pa后，开始焊接。焊完之后，等待试样冷却，再打开焊机的真空室，取出试样，得到可伐合金与钛合金的复合构件。利用上述焊接规范得到的平板对接焊缝，成形良好，焊缝内部无裂纹、未焊透及未熔合等缺陷，无可见夹杂物，无气孔。
实施例3
采用与实施例1相同的试样清理和放置方法进行可伐合金与钛合金的焊接。除银箔厚度为0.4mm，加速电压45kV，电子束流为7mA，焊接速度为5mm/s。电子束的射入位置位于银箔中间，当焊接室真空度优于0.1Pa后，开始焊接。焊完之后，等待试样冷却，再打开焊机的真空室，取出试样，得到可伐合金与钛合金的复合构件。利用上述焊接规范得到的平板对接焊缝，成形良好，焊缝内部无裂纹、未焊透及未熔合等缺陷，无可见夹杂物，无气孔。

Claims (4)

1.一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)试样表面清理：取可伐合金、钛合金、银箔，将其表面依次进行打磨、除油、酸洗、酒精清洗处理；
(2)试样放置：将银箔放置于可伐合金与钛合金的中间，利用夹具固定好，夹紧；
(3)设置参数：将样品放入真空室，设定电子束的射入位置，设定电子束的焊接参数：加速电压为45-55kV，电子束流为7-10mA，焊接速度为5-6mm/s；
(4)焊接：当真空室真空度优于0.1Pa后，采用电子束焊机进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于所述银箔纯度大于98wt％，厚度为0.4mm-0.8mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，夹具固定时银箔焊接面、可伐合金焊接面、钛合金焊接面对齐，夹紧试样时控制相邻试样原料之间最大缝隙不超过0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于银中间层的可伐合金与钛合金的焊接方法，其特征在于：所述的步骤(3)中电子束的射入位置位于银箔中间，偏差控制在±0.1mm以内。
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