权利要求
1.一种钨基与铜基异种金属材料的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、用砂纸对钨母材和铬锆铜母材逐级打磨，抛光处理，超声波清洗，确保母材表面清洁;
S2、制备中间层，中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al:5.5～6.75%，V：3.5～4.5%，Fe：0.3～0.4%，C：0.07～0.11%，O<0.2%，Ti为余量;
S3、将钨母材和铬锆铜母材的待焊接部位分别置于中间层的两侧，利用加压模具将三者的位置锁定并加压至设定的压强;
S4、使用真空熔炼炉对搭接母材进行真空扩散焊，焊接电流380～400A，加热时间为30～35min，加热温度为880～900℃;
S5、对焊缝表面进行打磨加工，直至与母材表面齐平。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S1中，所述钨母材为纯钨，所述铬锆铜母材为铬锆铜合金。
3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S1中，所述钨母材和铬锆铜母材的板材规格为50mm×15mm×1.5mm。
4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S1中，对母材表面依次使用#240、#400、#800、#1000、#1500号砂纸逐级打磨，然后用金刚石膏在抛光布上进行表面抛光处理;最后，用乙醇和去离子水对母材依次进行超声波清洗。
5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S2中，所述中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al：6.25%，V：3.9%，Fe：0.35%，C：0.08%，O<0.2%，Ti为余量。
6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S2中，所述中间层的板材规格尺寸为20mm×15mm×0.05mm。
7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S3中，所述加压模具包括两块盖板以及四组螺栓，每块所述盖板上开设有四个便于安装螺栓的安装孔，两块所述盖板在螺栓的锁紧推动下能够对叠压的钨母材-中间层-铬锆铜母材进行夹持并加压，所述盖板由H13模具钢制成，其规格尺寸为55mm×55mm×8mm;所述螺栓由310S螺钉和310S螺母组成。
8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S4中，用真空熔炼炉进行真空扩散焊的具体操作步骤如下：
1)打开机械泵、粗抽阀，抽取气体，观察气压显示;
2)当气压小于10Pa后，打开下阀;
3)在气压显示低于10Pa后，打开扩散泵，等待40～50min;
4)打开精抽阀，关闭粗抽阀，开始抽取高真空;
5)当气压计显示为高真空后，关闭精抽阀，扩散泵及数显真空计开关，向炉内充入保护气体达到指定压强;
6)打开加热电源开关，使焊接电流达到380～400A，加热时间为30～35min，加热温度为880～900℃;
7)加热完成后，关闭加热电源开关，等待1h后依次关闭下阀、机械泵。
9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S5中，打磨加工采用金相磨抛机进行，将焊缝表面打磨平整并进行抛光。
10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，还包括步骤S6、通过显微组织观察和力学性能检测，对焊缝进行性能分析。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于异种金属焊接技术领域，具体涉及一种钨基与铜基异种金属材料的焊接方法。
背景技术
[0002]钨作为耐高温材料的优势在于其高达3410℃的熔点以及优异的抗腐蚀性能，因此在航空航天、能源和电子等领域得到特殊应用，例如作为燃料喷管衬里和真空电子器件阳极。铜铬锆合金则凭借高热导率特性，常被选作散热材料。将钨与铜进行连接既保持高温耐受性能又增强散热效率。
[0003]然而，上述这种异质材料连接面临双重挑战：首先，两者在力学与物理性能上的显著差异会导致接头内部产生严重的残余应力，从而引发冷却过程中的断裂风险;其次，由于熔点差异悬殊，无法直接形成冶金结合，传统扩散连接方法难以适用。
[0004]有鉴于此，发明人期望设计一种新的适用于对钨基与铜基异种金属材料进行焊接的焊接方法。
发明内容
[0005]本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种钨基与铜基异种金属材料的焊接方法。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
[0007]本发明提供一种钨基与铜基异种金属材料的焊接方法，包括如下步骤：
[0008]S1、用砂纸对钨母材和铬锆铜母材逐级打磨，抛光处理，超声波清洗，确保母材表面清洁;
[0009]S2、制备中间层，中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al:5.5～6.75%，V：3.5～4.5%，Fe：0.3～0.4%，C：0.07～0.11%，O<0.2%，Ti为余量;
[0010]S3、将钨母材和铬锆铜母材的待焊接部位分别置于中间层的两侧，利用加压模具将三者的位置锁定并加压至设定的压强;
[0011]S4、使用真空熔炼炉对搭接母材进行真空扩散焊，焊接电流380～400A，加热时间为30～35min，加热温度为880～900℃;
[0012]S5、对焊缝表面进行打磨加工，直至与母材表面齐平。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述钨母材为纯钨，所述铬锆铜母材为铬锆铜合金。
[0014]进一步地，步骤S1中，所述钨母材和铬锆铜母材的板材规格为50mm×15mm×1.5mm。
[0015]进一步地，步骤S1中，对母材表面依次使用#240、#400、#800、#1000、#1500号砂纸逐级打磨，然后用金刚石膏在抛光布上进行表面抛光处理;最后，用乙醇和去离子水对母材依次进行超声波清洗。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al：6.25%，V：3.9%，Fe：0.35%，C：0.08%，O<0.2%，Ti为余量。
[0017]进一步地，步骤S2中，所述中间层的板材规格尺寸为20mm×15mm×0.05mm。
[0018]进一步地，步骤S3中，所述加压模具包括两块盖板以及四组螺栓，每块所述盖板上开设有四个便于安装螺栓的安装孔，两块所述盖板在螺栓的锁紧推动下能够对叠压的钨母材-中间层-铬锆铜母材进行夹持并加压，所述盖板由H13模具钢制成，其规格尺寸为55mm×55mm×8mm;所述螺栓由310S螺钉和310S螺母组成。
[0019]进一步地，步骤S4中，用真空熔炼炉进行真空扩散焊的具体操作步骤如下：
[0020]1)打开机械泵、粗抽阀，抽取气体，观察气压显示;
[0021]2)当气压小于10Pa后，打开下阀;
[0022]3)在气压显示低于10Pa后，打开扩散泵，等待40～50min;
[0023]4)打开精抽阀，关闭粗抽阀，开始抽取高真空;
[0024]5)当气压计显示为高真空后，关闭精抽阀，扩散泵及数显真空计开关，向炉内充入保护气体达到指定压强;
[0025]6)打开加热电源开关，使焊接电流达到380～400A，加热时间为30～35min，加热温度为880～900℃;
[0026]7)加热完成后，关闭加热电源开关，等待1h后依次关闭下阀、机械泵。
[0027]进一步地，步骤S5中，打磨加工采用金相磨抛机进行，将焊缝表面打磨平整并进行抛光。
[0028]进一步地，还包括步骤S6、通过显微组织观察和力学性能检测，对焊缝进行性能分析。
[0029]本发明的有益效果是：
[0030]1、本发明采用加中间层金属的扩散焊的方法可以避免母材的熔化、并且减少焊接过程中的母材变形，同时当母材处于真空环境下进行扩散焊时，可以有效避免母材的氧化、氮化，大幅减少了焊接过程中母材的变性情况。采用真空扩散焊对钨铜进行焊接，可以有效实现钨铜原子间连接、增强焊缝强度，同时减少母材变形、变性情况，提高焊接的成品率。
[0031]2、本发明在焊接前添加中间层，中间层以钛(Ti)为基体，辅以Al、V、Fe等元素，能够有效协调钨与铬锆铜合金的物理性能差异(如线膨胀系数、熔点)，减少焊接界面因热应力产生的裂纹;Al和V的添加可形成活性中间相，加速原子扩散速率，缩短焊接时间，同时提高界面冶金结合的均匀性;严格控制氧含量(O<0.2%)和低碳(C:0.07～0.11%)，避免焊接过程中氧化物和碳化物的形成，确保界面纯净;钛基合金耐高温性能优异，在880～900℃的扩散焊条件下仍能保持结构稳定，防止中间层熔穿或变形。
[0032]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为实施例中加压模具整体的结构示意图;
[0035]图2为实施例中加压模具的盖板示意图;
[0036]图3为实施例中加压模具的实物使用图;
[0037]图4为实施例中加压模具的实物分解图;
[0038]图5为实施例中样品内部构造示意图;
[0039]图6为实施例中样品实物图;
[0040]附图中，各部件的标号如下：
[0041]1-盖板，2-螺栓，3-安装孔。
具体实施方式
[0042]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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]实施例一
[0044]本实施例提供一种钨基与铜基异种金属材料的焊接方法，包括如下步骤：
[0045]S1、钨母材为纯钨，铬锆铜母材为铬锆铜合金;钨母材和铬锆铜母材的板材规格为50mm×15mm×1.5mm;对母材表面依次使用#240、#400、#800、#1000、#1500号砂纸逐级打磨，然后用金刚石膏在抛光布上进行表面抛光处理;最后，用乙醇和去离子水对母材依次进行超声波清洗，确保母材表面清洁。
[0046]S2、制备中间层，中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al：6.25%，V：3.9%，Fe：0.35%，C：0.08%，O<0.2%，Ti为余量;中间层的板材规格尺寸为20mm×15mm×0.05mm。
[0047]S3、将钨母材和铬锆铜母材的待焊接部位分别置于中间层的两侧，利用加压模具将三者的位置锁定并加压至设定的压强。
[0048]加压模具如图1和图2所示，包括两块盖板1以及四组螺栓2，每块盖板1上开设有四个便于安装螺栓2的安装孔3，两块盖板1在螺栓2的锁紧推动下能够对叠压的钨母材-中间层-铬锆铜母材进行夹持并加压。盖板1由H13模具钢制成，其规格尺寸为55mm×55mm×8mm;螺栓2由310S螺钉和310S螺母组成。叠压的钨母材-中间层-铬锆铜母材即样品的内部构造如图5所示。
[0049]S4、使用真空熔炼炉对搭接母材进行真空扩散焊;具体操作步骤如下：
[0050]1)打开机械泵、粗抽阀，抽取气体，观察气压显示;
[0051]2)当气压小于10Pa后，打开下阀;
[0052]3)在气压显示低于10Pa后，打开扩散泵，等待45min;
[0053]4)打开精抽阀，关闭粗抽阀，开始抽取高真空;
[0054]5)当气压计显示为高真空后，关闭精抽阀，扩散泵及数显真空计开关，向炉内充入保护气体达到指定压强;
[0055]6)打开加热电源开关，使焊接电流达到390A，加热时间为32min，加热温度为890℃;
[0056]7)加热完成后，关闭加热电源开关，等待1h后依次关闭下阀、机械泵。
[0057]S5、采用金相磨抛机对焊缝表面进行打磨加工，将焊缝表面打磨平整并进行抛光，直至与母材表面齐平。
[0058]步骤S6、焊接后的样品实物图如图6所示，通过显微组织观察和力学性能检测，对焊缝进行性能分析。
[0059]实施例二
[0060]本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al：5.5%，V：4.5%，Fe：0.3%，C：0.11%，O<0.2%，Ti为余量。
[0061]实施例三
[0062]本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，中间层的材料由如下质量百分比的组分组成：Al：6.75%，V：3.5%，Fe：0.4%，C：0.07%，O<0.2%，Ti为余量。
[0063]实施例四
[0064]本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，使用真空熔炼炉对搭接母材进行真空扩散焊，步骤6)中，打开加热电源开关，使焊接电流达到380A，加热时间为35min，加热温度为880℃。
[0065]实施例五
[0066]本实施例与实施例一基本相同，其不同之处在于，使用真空熔炼炉对搭接母材进行真空扩散焊，步骤6)中，打开加热电源开关，使焊接电流达到400A，加热时间为30min，加热温度为900℃。
[0067]本发明中，中间层以钛(Ti)为基体，辅以Al、V、Fe等元素，能够有效协调钨与铬锆铜合金的物理性能差异(如线膨胀系数、熔点)，减少焊接界面因热应力产生的裂纹;Al和V的添加可形成活性中间相，加速原子扩散速率，缩短焊接时间，同时提高界面冶金结合的均匀性;严格控制氧含量(O<0.2%)和低碳(C:0.07～0.11%)，避免焊接过程中氧化物和碳化物的形成，确保界面纯净;钛基合金耐高温性能优异，在880～900℃的扩散焊条件下仍能保持结构稳定，防止中间层熔穿或变形。
[0068]以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
说明书附图(6)
