CN105312758A - 时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法 - Google Patents

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张校宇
何玲
李芳�
程立
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Abstract

本发明所述时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，步骤如下：(1)电子束焊接，将时效态钛合金零件的焊接部位用真空电子束焊机进行焊接；(2)焊后热处理，将焊接后的时效态钛合金零件放入退回炉中进行去应力退火。本发明所述方法有效的解决了已进行精加工或已部分进行精加工的钛合金零件因在固溶状态下进行焊接及焊接后配套热处理导致的零件变形问题，且在焊前可对待焊接钛合金零件进行超声波检测。

Description

时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法
技术领域
本发明属于焊接加工技术领域，特别涉及钛合金零件的焊接及配套的热处理方法。
背景技术
关于钛合金零件的焊接及配套的热处理，一般是将钛合金零件在固溶状态下进行焊接，焊后再进行固溶热处理和时效热处理。所述在固溶状态下进行焊接，是指将钛合金零件在焊前进行固溶热处理后再进行焊接。上述方法的不足之处在于：1、对于已进行精加工或已部分进行精加工的零件(例如发动机二级盘焊接组件中的叶盘与轴颈)，固溶状态下进行焊接后再进行固溶热处理和时效热处理会导致零件变形，使零件不符合要求；2、在固溶状态下难于对待焊接钛合金零件进行超声波检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，以避免钛合金零件的变形及解决待焊接钛合金零件的超声波检测问题。
本发明所述时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，步骤如下：
(1)电子束焊接
将时效态钛合金零件的焊接部位用真空电子束焊机进行焊接；
(2)焊后热处理
将焊接后的时效态钛合金零件放入退回炉中进行去应力退火。
上述方法中，时效态钛合金零件是指在焊前进行了精加工，且精加工后依次进行了固溶热处理和时效热处理的钛合金零件。当钛合金零件的材料为TC17时，固溶热处理的温度为790～810℃、保温时间为3.5～4.5小时，保温结束后，水冷至室温；时效热处理的温度为615～635℃，保温时间为1.5～2.5小时，保温结束后，随炉冷却至室温。
上述方法中，去应力退火的工艺及工艺参数根据钛合金零件的具体材料确定。当钛合金零件的材料为TC17时，去应力退火的工艺及工艺参数为：将焊接后的时效态钛合金零件加热至265℃～365℃保温25min～35min，然后继续加热至400℃～450℃保温25min～35min，再继续加热至610℃～630℃保温3.5h～4.5h，保温结束后，以55℃/h～100℃/h的冷却速度冷却至400℃～450℃，再以不高于55℃/h的冷却速度冷却至150℃～260℃，然后随炉冷却至室温出炉；以55℃/h～100℃/h的冷却速度冷却至400℃～450℃时，冷却速度的控制应使冷却时间不超过3h。
上述方法中，电子束焊接时焊接电流、加速电压和焊接速度等焊接工艺参数的选择主要取决于焊接部位接头的厚度。当时效态钛合金零件的焊接部位接头的厚度为16mm～18mm时，焊接电流控制在48mA～58mA，加速电压控制在149KV～151KV，焊接速度控制在14.4mm/s～17.6mm/s。
本发明所述方法具有以下有益效果：
1、本发明所述方法为钛合金零件的焊接及配套热处理提供了一种新方法，填补了在时效态下焊接钛合金零件的技术空白。
2、使用本发明所述方法，有效的解决了已进行精加工或已部分进行精加工的钛合金零件(例如发动机二级盘焊接组件中的叶盘与轴颈)因在固溶状态下进行焊接及焊接后配套热处理导致的零件变形问题。
3、使用本发明所述方法，在焊前可对待焊接钛合金零件进行超声波检测。
4、试验表明，本发明所述方法得到的钛合金焊接件接头，其冲击功和抗拉强度与在固溶态进行焊接并在焊后进行固溶热处理和时效热处理得到的钛合金焊接件接头相当(见实施例和对比例)，符合接头的机械性能要求。
附图说明
图1是实施例、对比例中待焊接钛合金零件叶盘、轴颈在焊接时的相互位置关系图。
图中，1—轴颈、2—叶盘、3—焊接部位、h—焊接部位接头厚度。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法作进一步说明。
实施例
本实施例中，被焊接钛合金零件为发动机二级盘组件中的叶盘和轴颈(见图1)，它们的材料均为TC17，焊接部位接头的厚度为17mm。焊接前所述叶盘和轴颈已部分进行精加工，不适合在固溶态下进行焊接。
本实施例的操作如下：
(1)焊前处理
将待焊接TC17钛合金零件加热至800℃保温4小时进行固溶热处理，保温时间到达后，水冷至室温，然后再加热至625℃保温2小时进行时效热处理，保温时间到达后随炉冷却至室温形成时效态TC17钛合金零件；
(2)电子束焊接
将步骤(1)形成的时效态钛合金零件按图1所述方式放置，用德国SST公司制造的真空电子束焊机(型号KS150-G150KM)将叶盘2和轴颈1进行对接焊，焊接工艺参数：焊接电流53mA，加速电压150KV，焊接速度16mm/s；
(3)焊后热处理
将步骤(2)焊接后的时效态钛合金零件放入退回炉中进行去应力退火，去应力退火的工艺及工艺参数为：首先加热至315℃保温30min，然后继续加热至425℃保温30min，再继续加热至620℃保温4h，保温结束后，以80℃/h的冷却速度冷却至425℃，再以50℃/h的冷却速度冷却至260℃，然后随炉冷却至室温出炉。
对比例
本对比例以钛合金TC17锻造了与实施例相同的零件——发动机二级盘组件中的叶盘和轴颈，对锻件仅进行了初步加工，使其焊接部位接头的厚度为17mm，然后采用下述操作：
(1)焊前处理
将待焊接TC17钛合金零件加热至800℃保温4小时进行固溶热处理，保温时间到达后，水冷至室温形成固溶态TC17钛合金零件；
(2)电子束焊接
将步骤(1)形成的固溶态钛合金零件按图1所述方式放置，用德国SST公司制造的真空电子束焊机(型号KS150-G150KM)进行对接焊，焊接工艺参数：焊接电流53mA，加速电压150KV，焊接速度16mm/s；
(3)焊后热处理
将步骤(2)焊接后的固溶态钛合金零件加热至800℃保温100分钟进行固溶热处理，保温时间到达后，水冷至室温，然后再加热至550℃保温4.5小时进行时效热处理，保温时间到达后随炉冷却至室温。
实施例和对比例所得到的发动机二级盘焊接组件的焊接接头的机械性能见下表：
从上表可以看出，本发明所述方法得到的焊接组件接头的机械性能符合要求，焊接组件接头的冲击功和抗拉强度与固溶态下焊接及其焊后热处理工艺形成的焊接组件接头相当，屈服强度和断后延伸率优于固溶态下焊接及其焊后热处理工艺形成的焊接组件接头。

Claims (3)

1.时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，其特征在于步骤如下：
(1)电子束焊接
将时效态钛合金零件的焊接部位用真空电子束焊机进行焊接；
(2)焊后热处理
将焊接后的时效态钛合金零件放入退回炉中进行去应力退火。
2.根据权利要求1所述时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，其特征在于当钛合金零件的材料为TC17时，去应力退火的工艺及工艺参数为：将焊接后的时效态钛合金零件加热至265℃～365℃保温25min～35min，然后继续加热至400℃～450℃保温25min～35min，再继续加热至610℃～630℃保温3.5h～4.5h，保温结束后，以55℃/h～100℃/h的冷却速度冷却至400℃～450℃，再以不高于55℃/h的冷却速度冷却至150℃～260℃，然后随炉冷却至室温出炉；以55℃/h～100℃/h的冷却速度冷却至400℃～450℃时，冷却速度的控制应使冷却时间不超过3h。
3.根据权利要求1或2所述时效态钛合金零件的电子束焊接及焊后热处理方法，其特征在于当时效态钛合金零件的焊接部位接头的厚度为16mm～18mm时，焊接电流控制在48mA～58mA，加速电压控制在149KV～151KV，焊接速度控制在14.4mm/s～17.6mm/s。
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