CN101966622A - 一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理方法，它包括如下步骤：(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金板材；(2)在900～1000℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1～2小时；(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。本发明的Ti3Al基合金激光焊接接头焊后热处理工艺，可以有效的提高激光焊接接头的综合性能，特别是高温性能，解决接头高温脆化问题，对该合金的工程化应用起到推动作用。

Description

一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理方法
技术领域
本发明涉及焊接及焊后热处理工艺，具体涉及一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理方法。 
背景技术
金属间化合物是指由两个或更多的金属组元按比例组成的、具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金属间化合物由于具有较小的密度、更高的强度和更好的耐热性能等特点，在航空、航天、能源、汽车等高科技领域有着广泛的应用前景，尤其是进入应用研究阶段的金属间化合物Ti3Al基合金，有较高的弹性模量，较低的密度，与钛合金相比，具有更好的高温机械性能和更高的使用温度，与镍基高温合金相比，可减轻质量40％左右，是介于钛合金和镍基高温合金使用温度之间的比较理想的航空航天用高温结构材料。 
目前发展比较成熟、综合性能比较好、已进入航天应用研究阶段的Ti3Al基合金为(α2+β/B2+O)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金为代表，其室温屈服强度可达1200MPa、拉伸延伸率高于9％，650℃拉伸屈服强度达970MPa，该合金可作为火箭发动机涡轮盘转子的材料。 
快速冷却或高能密度焊接方法适合用于焊接Ti3Al基合金，但焊接接头高温塑性及拉伸强度不如母材。焊接后进行适当的热处理可以在一定程度上改善接头的塑性，但与母材相比还有差距，而且热处理对接头高温性能影响的研究相对较少。钎焊由于钎焊层的存在，使接头的强度与母材强度相比存在较大的差距。扩散焊接虽然可以获得与母材接近的接头强度，但由于其结构和焊接条件的局限性而使其应用受到一定程度的限制。 
总之，国内外研究表明，经过焊接的Ti3Al基合金接头基本上都存在高温塑性和高温拉伸强度降低的问题，而且缺乏对产生接头性能变化原因的深入研究，尤其是对工作在高温环境中的焊接接头的高温性能缺乏研究。 
目前，文献表明对于Ti3Al基合金焊后热处理研究仅处于理论层面，报道了经过某种热处理工艺后接头的组织状态，而没有给出接头热处理后力学性能，未能给出一种有效的改善接头高温性能的焊后热处理工艺方法且报道多局限于Ti3Al基合金氩弧焊和电子束焊接焊后热处理组织分析，关Ti3Al基合金激光焊接接头焊后热处理工艺未见报道。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理方法，以提高Ti3Al基合金激光焊接接头高温拉伸强度和塑性，解决接头的高温脆性问题。 
实现本发明目的的技术方案：一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，它包括如下步骤： 
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金板材， 
当Ti3Al基合金厚度小于2mm时，连续激光功率为1000W～1500W、扫描速度为64cm/min～150cm/min、表面聚焦； 
当Ti3Al基合金厚度大于或等于2mm时，连续激光功率为2000W～2500W、扫描速度为150cm/min～190cm/min、表面聚焦； 
(2)在900～1000℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1～2小时； 
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。 
如上所述的一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，其步骤(1)中对于1.5mm厚Ti3Al基合金板材连续激光功率为1000W～1500W、扫描速度为64cm/min～150cm/min、表面聚焦；对于3mm厚Ti3Al基合金板材连续激光功率为2000W～2500W、扫描速度为150cm/min～190cm/min、表面聚焦。 
如上所述的一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，其步骤(2)中在980℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温1.5小时。 
本发明的效果在于： 
本发明所述的Ti3Al基合金激光焊接具有重要的工程应用价值。与常规 熔化焊接相比，激光焊接能量密度高，焊缝窄，热影响区小，对母材的热损伤小，焊缝和热影响区中的组织以β/B2相为主，室温塑性相对较好。 
本发明的Ti3Al基合金激光焊接接头焊后热处理工艺，可以有效的提高激光焊接接头的综合性能，特别是高温性能，解决接头高温脆化问题，对该合金的工程化应用起到推动作用。 
附图说明
图1为焊态激光焊接接头高温拉伸试样和断口照片； 
图2为经980℃×1.5h空冷热处理后激光焊接接头高温拉伸试样和断口照片。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的Ti3Al基合金激光焊接接头焊后热处理工艺作进一步描述。 
实施例中使用的Ti3Al基合金板材名义成分为Ti-23Al-17Nb(at.％)，板材的尺寸为160mm×400mm×3mm和90mm×160mm×1.5mm两种规格，其中轧制方向分别为400mm长度方向和160mm长度方向。 
实施例1 
采用3mm厚Ti3Al基合金板材，进行激光焊接及焊后热处理工艺： 
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金，连续激光功率为2000W、扫描速度为150cm/min，表面聚焦； 
(2)在980℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1.5小时； 
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。 
如图1和图2所示，试验表明经过本发明的热处理工艺可以有效的改善Ti3Al基合金激光焊接接头650℃高温拉伸性能。 
实施例2 
采用3mm厚Ti3Al基合金板材，进行激光焊接及焊后热处理工艺： 
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金，连续激光功率为2500W、扫描速度为180cm/min，表面聚焦； 
(2)在900℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间2小时； 
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。 
实施例3 
采用1.5mm厚Ti3Al基合金板材，进行激光焊接及焊后热处理工艺： 
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金，连续激光功率为1000W、扫描速度为64cm/min，表面聚焦； 
(2)在900℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1.5小时； 
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。 
实施例4 
采用1.5mm厚Ti3Al基合金板材，进行激光焊接及焊后热处理工艺： 
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金，连续激光功率为1500W、扫描速度为150cm/min，表面聚焦； 
(2)在1000℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1小时； 
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。 

Claims (3)

1.一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)采用CO2连续激光熔透焊接Ti3Al基合金板材，
当Ti3Al基合金厚度小于2mm时，连续激光功率为1000W～1500W、扫描速度为64cm/min～150cm/min、表面聚焦；
当Ti3Al基合金厚度大于或等于2mm时，连续激光功率为2000W～2500W、扫描速度为150cm/min～190cm/min、表面聚焦；
(2)在900～1000℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温时间1～2小时；
(3)对热处理后的Ti3Al基合金激光焊接接头采用空气冷却。
2.根据权利要求1所述的一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，其特征在于：步骤(1)中对于1.5mm厚Ti3Al基合金板材连续激光功率为1000W～1500W、扫描速度为64cm/min～150cm/min、表面聚焦；对于3mm厚Ti3Al基合金板材连续激光功率为2000W～2500W、扫描速度为150cm/min～190cm/min、表面聚焦。
3.根据权利要求1所述的一种Ti3Al基合金激光焊接及焊后热处理工艺，其特征在于：步骤(2)中在980℃、真空条件下对Ti3Al基合金激光焊接接头进行热处理，保温1.5小时。
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