專(zhuān)利名稱(chēng)：Tc18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，用于獲得連續(xù)可控的 TC18鈦合金厚板單面焊雙面成型接頭。
背景技術(shù)：
由于鈦合金的強(qiáng)度大，又具有較好的韌性和焊接性，鈦合金首先在航空工業(yè)中得到應(yīng)用。主要用于制造重量輕、可靠性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)等。民用飛機(jī)中鈦結(jié)構(gòu)的重量已占5%，軍用飛機(jī)則達(dá)25%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)上鈦合金的重量由8%增加到25%以上。推力/重量比克增加1倍左右。鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性、中性及有氯離子的介質(zhì)中，其耐腐蝕性均由于不銹鋼，有時(shí)甚至超過(guò)lCrl8Ni9Ti不銹鋼的10倍。在化工、冶金、電鍍、造紙、農(nóng)藥、造船、海水淡化、海洋工程和電站冷凝器等方面獲得成功的應(yīng)用。隨著社會(huì)可持續(xù)性發(fā)展，人們對(duì)節(jié)能、降耗的要求不斷提高。高性能結(jié)構(gòu)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。而大部分高性能金屬結(jié)構(gòu)材料的焊接性比傳統(tǒng)材料差得多。單獨(dú)的氬弧焊時(shí)，氬弧很容易出現(xiàn)左右搖擺的現(xiàn)象，尤其是當(dāng)坡口比較深、角度大情況下，這主要是因?yàn)閱为?dú)的氬弧焊本身氬弧能量分散，一旦坡口加工出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)偏差或弧長(zhǎng)發(fā)生變化，則很容易產(chǎn)生磁偏吹，不能獲得連續(xù)、平穩(wěn)的焊縫成型，為下一道的填絲造成困難，尤其對(duì)于打底焊縫，單獨(dú)氬弧焊的電弧力較弱，很難獲得熔透均勻的打底焊縫， 因此不能獲得穩(wěn)定一致的焊接接頭，通常會(huì)導(dǎo)致焊接接頭的軟化、脆化、裂紋與變形等難以克服的實(shí)際問(wèn)題，其焊接質(zhì)量以及焊接成本與生產(chǎn)效率等問(wèn)題日益突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝， 采用激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝獲得了單面焊雙面成型接頭，實(shí)現(xiàn)了 TC18鈦合金材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，焊接過(guò)程穩(wěn)定、連續(xù)可控。為解決以上問(wèn)題，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟
1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；
2)對(duì)TC18鈦合金鍛件板材進(jìn)行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60 士 2 ° ；當(dāng)鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時(shí)，在距離底邊8 士 0. 2mm 處制備2士0.2mm寬的平臺(tái)，然后再向上開(kāi)60士2°的坡口 ；
3)焊前準(zhǔn)備3.1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現(xiàn)金屬光澤；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3. 3)經(jīng)酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應(yīng)用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；3. 4)對(duì)合好對(duì)合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. Imm ；
4)焊接首先進(jìn)行打底焊，然后進(jìn)行填絲堆焊，直至完成整個(gè)接頭的焊接，在焊接過(guò)程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護(hù)熔池和焊縫根部的金屬，還要通過(guò)保護(hù)裝置通氬氣實(shí)現(xiàn)背面保護(hù)盒采用托罩通氬氣保護(hù)焊接接頭的已凝固的部分；
5)焊接完畢后，進(jìn)行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時(shí)，爐冷至室溫，然后出爐。所述的TC18鈦合金的組成及組成質(zhì)量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% Η、0· 15% Si、 0. 18% 0、0· 05% N 和 0. 3% 其他。激光-氬弧復(fù)合焊接優(yōu)化參數(shù)如下
激光熱源輸出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氬弧熱源打底焊焊接電流1180 220A、填絲焊接電流2235 255A、打底焊鎢極伸長(zhǎng)量18 10mm、填絲焊鎢極伸長(zhǎng)量28 10mm、打底焊弧長(zhǎng)12 3mm >打底焊弧長(zhǎng)23 5mm >焊槍角度45° 50° ；其它激光與氬弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填絲速度15 -一 25mm/s>氬弧保護(hù)氣12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保護(hù)氣12 -一 15L/min
離焦量/F
-1 _2mm、該TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝采用上述工藝過(guò)程，可獲得單面焊雙面成型接頭，焊接后經(jīng)X射線(xiàn)檢測(cè)表明，焊縫達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，焊接接頭的拉伸強(qiáng)度平均在950MPa以上，平均沖擊強(qiáng)度高于65. 9J/cm2，達(dá)到母材的87. 5%以上； 疲勞性能在600MPa應(yīng)力水平可達(dá)0. 7 1萬(wàn)次，550MPa應(yīng)力水平可達(dá)3 6萬(wàn)次，500 MPa 應(yīng)力水平可達(dá)7 12萬(wàn)次.微觀(guān)組織分析表明，焊縫有上部粗大的柱狀晶合底部細(xì)小的等軸晶組成，熱影響區(qū)寬度為2mm 4mm。綜上所述，結(jié)果表明采用激光_氬弧復(fù)合熱源焊接工藝成功實(shí)現(xiàn)了 TC18鈦合金材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，焊接過(guò)程穩(wěn)定，連續(xù)可控。


圖1為鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接坡口結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟
1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；
2)如圖1所示，對(duì)TC18鈦合金鍛件板材進(jìn)行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為
4垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60士2° ；當(dāng)鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時(shí)，在距離底邊8士0.2mm處制備2士0.2mm寬的平臺(tái)，然后再向上開(kāi)60士2°的坡口 ；
3)焊前準(zhǔn)備要求待焊處沒(méi)有油污、水、銹蝕、氧化皮等污物，焊前要求對(duì)待焊區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的清理3. 1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現(xiàn)金屬光澤；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3. 3)經(jīng)酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應(yīng)用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；3. 4)對(duì)合好對(duì)合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. Imm ；
4)焊接首先進(jìn)行打底焊，然后進(jìn)行填絲堆焊，直至完成整個(gè)接頭的焊接；鈦合金焊接的特點(diǎn)首先是必須給焊接接頭提供良好的氬氣保護(hù)環(huán)境，由于鈦合金加熱到400 500°C以上時(shí)，即與空氣中的氧和水蒸氣積極作用，嚴(yán)重影響鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，因此在焊接過(guò)程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護(hù)熔池和焊縫根部的金屬，還要通過(guò)保護(hù)裝置通氬氣實(shí)現(xiàn)背面保護(hù)盒采用托罩通氬氣保護(hù)焊接接頭的已凝固的部分。5)焊接完畢后，進(jìn)行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時(shí)，爐冷至室溫，然后出爐。所述的TC18鈦合金的組成及組成質(zhì)量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% Η、0· 15% Si、 0. 18% 0、0· 05% N 和 0. 3% 其他。激光-氬弧復(fù)合焊接優(yōu)化參數(shù)如下
激光熱源輸出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氬弧熱源打底焊焊接電流1180 220A、填絲焊接電流2235 255A、打底焊鎢極伸長(zhǎng)量18 10mm、填絲焊鎢極伸長(zhǎng)量28 10mm、打底焊弧長(zhǎng)12 3mm >打底焊弧長(zhǎng)23 5mm >焊槍角度45° 50° ；其它激光與氬弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填絲速度15 -一 25mm/s>氬弧保護(hù)氣12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保護(hù)氣12 -一 15L/min
離焦量/F
-1 _2mm、 當(dāng)采用激光-氬弧復(fù)合熱源焊接時(shí)，由于激光的存在，在激光作用點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生大量的金屬蒸汽，能夠?yàn)闅寤〉姆€(wěn)定燃燒提供導(dǎo)電通道，降低氬弧燃燒的電阻，根據(jù)最小電壓原理，電弧將依附于激光斑點(diǎn)處，顯著的提高了電弧的穩(wěn)定性，另外激光對(duì)電弧的吸引和壓縮將提高電弧的能量密度，對(duì)于打底焊來(lái)說(shuō)，激光的沖擊力以及電弧能量密度的提高都能為獲得熔透連續(xù)的打底焊縫提供了條件，并且能夠提高焊絲的熔化效率。
權(quán)利要求
1.一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；2)對(duì)TC18鈦合金鍛件板材進(jìn)行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60 士 2 ° ；當(dāng)鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時(shí)，在距離底邊8 士 0. 2mm 處制備2士0.2mm寬的平臺(tái)，然后再向上開(kāi)60士2°的坡口 ；3)焊前準(zhǔn)備1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現(xiàn)金屬光澤；2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3)經(jīng)酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應(yīng)用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；4)對(duì)合好對(duì)合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. 1mm，局部錯(cuò)邊量不大于0. Imm ；4)焊接首先進(jìn)行打底焊，然后進(jìn)行填絲堆焊，直至完成整個(gè)接頭的焊接，在焊接過(guò)程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護(hù)熔池和焊縫根部的金屬，還要通過(guò)保護(hù)裝置通氬氣實(shí)現(xiàn)背面保護(hù)盒采用托罩通氬氣保護(hù)焊接接頭的已凝固的部分；5)焊接完畢后，進(jìn)行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時(shí)，爐冷至室溫，然后出爐。
2.如權(quán)利要求1所述的TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于所述的TC18鈦合金的組成及組成質(zhì)量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% H、0. 15% Si、0. 18% 0、0. 05% N 和0. 3%其他。
3.如權(quán)利要求1或2所述的TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于激光-氬弧復(fù)合焊接優(yōu)化參數(shù)如下激光熱源 輸出平均功率/P 400W、離焦量/F -1 _2mm、焦距/f 150mm/100mm ；直流氬弧熱源 打底焊焊接電流1 180 220A、 填絲焊接電流2 235 255A、打底焊鎢極伸長(zhǎng)量18 10mm、 填絲焊鎢極伸長(zhǎng)量2 8 10mm、打底焊弧長(zhǎng)1 2 3mm、 打底焊弧長(zhǎng)2 3 5mm、焊槍角度 45° 50° ；其它激光與氬弧位置 1 2mm、 焊接速度 300 500mm/min填絲速度 15 25mm/s、氬弧保護(hù)氣 12 15L/min、正面托罩 8 10L/min、背面保護(hù)氣 12 15L/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種TC18鈦合金激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm～18mm之間；2)加工坡口；3)焊前準(zhǔn)備；4)焊接；5)焊接完畢后，進(jìn)行溫度為700℃的真空熱處理，保溫1小時(shí)，爐冷至室溫，然后出爐。采用激光-氬弧復(fù)合熱源焊接工藝獲得了單面焊雙面成型接頭，實(shí)現(xiàn)了TC18鈦合金材料的高效、優(yōu)質(zhì)焊接，焊接過(guò)程穩(wěn)定、連續(xù)可控。
文檔編號(hào)B23K33/00GK102225485SQ201110151139
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者依龍, 朱麗, 楊磊 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司