CN107107276A - 钛焊丝、超声可检查焊接部及由其形成的零件、以及相关方法 - Google Patents

钛焊丝、超声可检查焊接部及由其形成的零件、以及相关方法 Download PDF

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Abstract

提供了由微量硼钛基合金形成的焊丝，以及由该焊丝形成的焊接部和包括一个或多个这样的焊接部的制品。一种方法可包括由这种焊丝形成这种焊接部，并且还可包括使用超声波对包括一个或多个该焊接部的钛合金制品进行非破坏性检查以检测内部缺陷。

Description

钛焊丝、超声可检查焊接部及由其形成的零件、以及相关方法
技术领域
本发明可涉及钛合金焊丝、钛合金制品和可包括超声检查该制品的方法，这种制品例如为铸态条件下的制品或包括由焊丝形成的钛基合金焊接部的制品。
背景技术
钛合金在许多关键结构应用中的使用已引起各种检查方法的开发和使用。这些方法可被归类为允许询问材料内部(表面下)的体积方法和允许检测表面异常的表面方法。这些方法本质上是互补的，并且同时使用以在检测可能损害材料或组件的性质的不期望条件时实现高置信度。表面缺陷更常见，但也更易于检测到，因此不太可能由于表面缺陷引起毁灭性失效。另一方面，内部缺陷导致的失效显然比表面缺陷受到更多关注。持续发现小的内部缺陷的能力已改善高性能结构的可靠性，并已导致意外服务失效的降低。由于能够被设计为具有更高的操作应力而不增加意外失效的风险，这些组件的结构效率也已得到增加。
钛和钛合金的超声检查是当材料被打算用于例如航空航天和能源行业这种高性能应用时所使用的最常见的检查方法。在该检查方法中，使用压电换能器在材料中诱导出超声波。换能器通过水或其他耦合介质被耦合至被检查的物件。表面下缺陷的检测是基于一些入射的超声波从沿其路径的区域的反射。每当存在对超声波的传输具有不同声阻抗或阻力的区域时，就发生这种反射。在运行期间，换能器发送波、停止发送波和等待检测反射波。总存在来自被检查物件的前面和后面的反射，这是有助于物理定位沿着超声路径的其它反射源的有用长度标记。
超声测试通常要求待检测物品在超声检查下拥有来自块体材料的高的声反射表现。这种不同的表现允许超声检查技术肯定地检测表面下的缺陷和瑕疵。具有大且弹性的各向异性晶粒的材料(例如但不限于铸钢锭、钛合金和镍合金)通常难以通过超声测试来评价。至少部分地由于用于超声检查的声波可部分地从晶粒反射出来并被表征为背景“噪声”，所以带来了困难。产生的背景噪声可掩盖材料中的缺陷，且因此是不期望的。多晶金属材料体中的声音散射(也称为扩散声波的衰减)可以描述为以下至少一个的函数：晶粒尺寸、本征材料特性和超声频率。使用聚焦超声束来增强材料的任何瞬时声穿透体积内的缺陷片段是普遍的。这些开发出的超声检查技术可基于最大信号以及信噪比来识别指示。然而，如果噪声水平高(粗糙的晶粒材料就是这种情况)，则不可能使用超声来可靠地检测内部缺陷。
铸态条件下的钛锭在几毫米至几厘米的范围内呈现出极其粗糙的晶粒。这些晶粒遵循凝固模式并且是“嘈杂的”，这意味着在超声检查期间观察到频繁的低振幅反射。在极端情况下，这种噪声会引起需要满足检测要求的检测灵敏度误报(false positives)或不足。对这种情况最有效的解决方案是对锭进行加工以细化晶粒结构。热加工(反复加热和机械加工)以细化晶粒结构的几个步骤是实现这一目标的标准做法。然而，这种加工是非常昂贵和耗时的。诸如坯料的中间产品会惯常地被超声检查到，以评估其质量是否适合最终加工和最终服务。这些中间产品是在执行超声检查之前已经经历了上述热加工的产品。
需要一种改进的方法，其能够在铸态条件下可靠地检查钛坯料。该改进的方法应当允许检测到具有低噪声干扰的内部缺陷，并且还可以与将坯料制成制品的后续工艺相兼容。
与超声检查有关的另一领域涉及钛基合金焊接部和相关联的焊接工艺。在大多数情况下，焊接部不会在随后被热加工以改善如上所述的晶粒结构，并因此基本上保持其原始状态成为最终产品的一部分。由于这些焊接部通常包括上述的粗糙晶粒，因此它们不经受超声检查，且因此成为最终产品的一部分，要么检查不出这些最终产品的内部缺陷，要么只能通过更难和/或更昂贵的方式检查出这种效果。因此，本领域需要能够被超声检查的钛合金焊接部。
发明内容
在一方面，本发明可提供一种装置，其包括由钛基合金和在约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的焊丝。
在另一方面，本发明可提供一种装置，其包括由钛基合金和约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的至少一个焊接部。
在另一方面，本发明可提供一种方法，其包括以下步骤：提供由钛基合金和在约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的焊丝；以及由所述焊丝形成至少一个焊接部。
附图说明
图1a-1d包括示出了现有技术的样品锭和本发明范围内的样品锭之间的比较的照片。具体地，图1a和1b分别是由Ti-6Al-4V形成的现有8英寸锭的横截面和纵截面的照片，其示出了其宏观的晶粒结构。图1c和1d分别是由Ti-6Al-4V-0.1B形成的8英寸样品锭的横截面和纵截面的照片。
图2是采样方法的流程图。
图3是焊接机利用用于形成焊接部的微量硼钛基合金焊丝进行焊接的示意图，焊接部将两个零件紧固在一起以形成由两个焊接件组成的制品。
图4是电子束增材制造机的示意图，其使用微量硼钛基合金焊丝逐层形成叠加焊层的近似形状制品。
图5是源自图4的近似形状制品的最终形状制品的透视图。
图6是飞机的示意图，其示出了可通过使用微量硼钛基合金焊丝的增材制造法形成的各种飞机结构组件。
图7是沿图6的线7-7截取的剖视图，其示出了可通过使用微量硼钛基合金焊丝的增材制造法形成的各种飞机引擎组件。
图8是采样方法的流程图。
具体实施方式
本文提供的一种方法允许在铸态条件下执行钛合金制品的超声检查，而不需要依赖于显著的热加工步骤。可通过添加范围在约0.05或0.10至约0.10、0.15或0.20重量百分比的微量硼(B)来增强各种钛合金，从而细化铸态条件下的晶粒结构和晶粒取向，这两者均使超声波的干扰最小化且允许以高置信度检测固有缺陷。以高置信度检查铸态钛制品的能力结合由细化的晶粒结构提供的改进的热加工性能，允许从铸态坯料开始制造高质量的钛合金制品而无需显著的中间加工。
图1比较了在等离子体电弧炉的惰性气体氛围中使用等离子体电弧熔化的主力(workhorse)钛合金，Ti-6Al-4V，的8英寸直径成品锭的纵向和横向取向的宏观晶粒结构。如预期的那样，常规Ti-6Al-4V锭的铸态晶粒极度粗糙且遵循随固化速率产生的宏观图案。与之相比，由微量硼添加增强的Ti-6Al-4V的晶粒结构显示出细化了大约一个数量级的巨大的晶粒细化度和明显更好的宏观晶粒图案。
铸态Ti-6Al-4V中极度粗糙的晶粒在超声检查中产生显著的噪声水平(80％振幅下，57-59dB的衰减)，这阻碍了内部缺陷的任何有意义的检测。采用常规的锻造坯料参考标准，可成功地超声检查由微量硼增强的Ti-6Al-4V的铸态锭材料。用80％振幅下12-16dB的衰减来执行Ti-6Al-4V-0.1B铸态锭的超声C扫描，这与锻造坯料参考标准相比具有相当的或更好的响应度。还使用X射线技术检查由微量硼增强的Ti-6Al-4V铸锭并确认为无空隙，从而验证了超声检查的结果。
在将常规钛合金从高温冷却期间，随着βTi转变为αTi，形成了粗糙的柱状晶粒和集落体(colony)结构。在αTi和母体βTi晶粒之间存在晶体关系。如果在整个晶粒中存在αTi的均匀成核，则相邻的αTi颗粒会有不同的晶体取向，并且各自表现为不同的声散射体。然而，如果在βTi晶粒中只存在少量的αTi成核位点，则给定区域中的αTi颗粒都以相同的晶体取向生长，并且导致集落体结构。这个集落体成为声学体。由于集落体形成在αTi晶粒内，所以集落体尺寸不会大于βTi晶粒尺寸。β钛晶粒的大小以及集落体结构中αTi颗粒的性质是影响单相与双相钛合金和材料中超声噪声和超声检查的重要变量。因此，β钛晶粒的尺寸和集落体结构中αTi晶粒的性质可能会由于超声检查期间产生不期望的噪声而影响超声检查结果。添加到常规钛合金中的微量硼会产生巨大细化的βTi晶粒并还影响αTi颗粒的取向，这两者都使材料能够被以低噪声水平进行超声检查。
由被使用超声检查成功检查的铸态锭加工的坯料可以被成功地直接挤压成结构形状。由挤出产品展示的拉伸性能列于表1中。铸态锭坯料制成的挤出物性能符合常规锻造坯料制成的挤出物的最低性能要求。另一方面，没有微量硼增强的现有铸态钛锭由于不良的热加工性而显示出显著的缺陷和尺寸问题。微量硼增强的钛铸态锭中细化的晶粒结构具有良好的热加工性，因此这些铸态锭可用作制造产品的输入原料，而不需要昂贵且耗时的热加工步骤来细化晶粒结构。
表1：
具有直接使用铸态输入原料制成的具有微量硼的Ti-6Al-4V挤出物的室温拉伸性能
本发明适用于各种钛基合金，例如但不限于CP-Ti(商用纯度钛)、Ti-64(Ti-6Al-4V)、Ti-17(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)、Ti-6242(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)、Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)、Ti-10-2-3(Ti-10V-2Fe-3Al)、Ti-6246(Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo)、Ti-5-2.5(Ti-5Al-2.5Sn)、Ti-3-2.5(Ti-3Al-2.5V)、Ti-6-4ELI(Ti-6Al-4V超低间隙)、Ti-662(Ti-6Al-6V-2Sn)、β21S(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)、βC(Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr)和Ti-5553(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr)中的至少一种。本发明适于使用超声波检查铸态钛制品以检测缺陷。本发明能够使用诸如锻造、轧制和挤压的工艺直接将非破坏性检查的铸态钛输入材料热加工为成品钛制品。
参考图2的流程图，本发明的方法可包括提供铸态含微量硼的钛合金制品(方框1)，超声检查铸态钛合金制品(方框2)，将铸态钛合金制品运送给客户(方框3)，将铸态钛合金制品热处理成成品钛合金制品(方框4)，并安装成品钛合金制品(方框5)。
提供铸态含微量硼的钛合金制品的步骤通常包括在营业地点铸造含微量硼的钛合金制品或锭以生产铸态锭或制品。尽管可以使用各种铸造方法，但铸造该锭可以在等离子体电弧炉中实现并且可包括连续铸造锭，其可被切割成具有期望长度的片或制品。锭可由具有上述重量百分比的微量硼的几乎任何钛合金形成(包括上述钛基合金)以提供例如CP-Ti-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si-0.05-0.20B、Ti-10V-2Fe-3Al-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo-0.05-0.20B、Ti-5Al-2.5Sn-0.05-0.20B、Ti-3Al-2.5V-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn-0.05-0.20B、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si-0.05-0.20B、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-0.05-0.20B和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.05-0.20B之一的铸态微量硼钛合金。如上进一步所述，这些合金中硼的重量百分比可以在0.05至0.10、0.15或0.20的范围内。
超声检查铸态钛合金制品的步骤通常在铸造或提供锭或制品之后且在诸如热加工锭/制品的任何加工之前进行。锭可被切割以除去其一部分，但在超声检查之前通常无需进行热加工(例如锻造、轧制或挤压)。超声检查通常发生在营业地点，并且可能产生已通过检查和经非破坏性检查的铸态钛合金制品，然后可将其从营业地点运送到远离该营业地点的客户。然后可以对经非破坏性检查的铸态钛合金制品进行热加工(例如锻造、轧制或挤出)以制造成品钛合金制品。经检查的铸态钛合金制品在热加工之前不需要运输，如果需要也是在营业地点进行运输。因此，经非破坏性检查的铸态钛合金制品可以在营业地点进行热加工，以生产经处理或热加工的钛合金制品(其可以是成品钛合金制品)，并且例如然后被运送到远程位置给客户。
如果需要，经热加工的(成品)钛合金制品可然后被安装在其他部件上或与其他部件组装，以形成包括该制品的产品。例如，钛合金制品可以是旋转引擎(可以是飞机引擎)中的旋转零件，由此钛合金旋转零件被安装在引擎的其它部件上或与引擎的其它部件组装，以生产引擎形式的制成产品。该制品可以被配置为飞机零件，例如飞机引擎零件(例如机舱、引擎壳体、旋转压缩叶片、定子翼型或叶片、燃烧室、旋转涡轮叶片、排气喷嘴、排气塞)或者飞机结构或框架零件(例如飞机吊架零件、飞机防热零件或飞机紧固件)。成品钛合金制品还可用于能源产业，例如石油钻采部件。作为非限制性实例，这些部件可包括钻管、管壳、油管或管件；海上管道和海底流线；离岸产品、出口品和再注入立管和部件；石油工业用管材(OCTG)产品管件和井套管和衬管；离岸深水着陆绳；海上救援绳；海上/海事紧固件和结构部件；井口部件；朱厄尔(well jewelry)或朱厄尔部件(包装件、安全阀、抛光孔容器)；测井部件和井下工具；和海洋潜水部件，例如用于远程操作的水下航行器(ROV)。成品件还可包括用于军事或其他用途的武器组件，例如枪筒和例如用于坦克或其他军用车辆上的穿透保护的装甲。
因此，该方法允许生产通常注定用于高性能应用的制成品的钛合金制品(例如上述那些)，而不需要制品的用户或安装者在热加工之后或者在对铸态锭或制品上进行的原始超声检查之后的其它处理之后再对制品进行超声检查。因此，该方法允许将经超声检查和保证的铸态微量硼钛合金制品交付给准备好将其加工成最终制品的客户或用户，由此消除了客户/用户为超声检查设备和培训操作这些设备所投资的资源和时间。
参考图3，其示出了与焊接机7一起使用的微量硼钛基合金焊丝6，焊接机7可移动(箭头A)以焊接焊丝6从而形成焊接部8，焊接部8将第一和第二钛基合金零件9和10紧固在一起以形成包括两个焊接的零件9和10以及焊接部8的制品11。因此，标准焊机或焊接机7可通过熔化焊丝6而由焊丝6形成焊接部8，熔化焊丝6形成熔融材料，其被冷却和固化以形成焊接部8。该熔融材料和所得到的焊接部8可具有与焊丝6基本相同的化学组成，或者可具有是焊丝6的化学组成和形成零件9和10的钛基合金的化学组成的结合的化学组成。
焊丝6可由包括0.05-0.20重量百分比的硼的任何钛基合金形成。硼的量可以在0.05或0.10至0.10、0.15或0.20的范围内。这种微量硼钛基合金可包括例如CP-Ti-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si-0.05-0.20B、Ti-10V-2Fe-3Al-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo-0.05-0.20B、Ti-5Al-2.5Sn-0.05-0.20B、Ti-3Al-2.5V-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn-0.05-0.20B、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si-0.05-0.20B、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-0.05-0.20B和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.05-0.20B。
零件9和10中的每一个可由任何钛基合金形成，该钛基合金可包括或可不包括0.05至0.20重量百分比的微量硼。因此，例如，零件9和10中的每一个可由CP-Ti、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr、CP-Ti-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si-0.05-0.20B、Ti-10V-2Fe-3Al-0.05-0.20B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo-0.05-0.20B、Ti-5Al-2.5Sn-0.05-0.20B、Ti-3Al-2.5V-0.05-0.20B、Ti-6Al-4V-0.05-0.20B超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn-0.05-0.20B、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si-0.05-0.20B、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-0.05-0.20B和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.05-0.20B中的一者形成。零件9和10可由相同的钛基合金或不同的钛基合金形成。零件9和10中的每一个也可以是与形成焊接部8的钛基合金相同或不同的钛基合金。
现在参考图4，示出了与电子束(EB)增材制造机一起使用的微量硼钛基合金焊丝6，该电子束(EB)增材制造机包括电子束枪12，电子束枪12用于以特定方式焊接以形成细长焊接部或焊层8A-8I，以形成包括焊接部或焊层8A-8I的近似形状微量硼钛基合金制品13。图4还示出了限定内部室15的室或室壁14，内部室15中设置有增材制造机/枪12、焊层8A-8I和制品13。内部室在适于使用电子束枪12的增材制造工艺中处于高真空下。这种电子束增材制造系统由伊利诺斯州芝加哥市的Sciaky工公司生产和操作。
广泛地说，增材制造机是计算机控制的(通常通过计算机数字控制或CNC)以逐层方式依次形成焊层8A-I，从而建立诸如制品13的最终制品。EB枪沿着计算机控制的焊接路径移动，焊丝沿着枪移动并连续地进给至枪的熔融点以产生细长焊接部或焊层。因此，机器首先产生焊接部8A(例如当焊枪和焊丝沿着第一方向移动时)，且然后产生叠加在焊接部8A上的焊接部8B(例如当枪和焊丝沿第二相反方向移动时(尽管方向可能相同))。在一种情况下，枪来回移动(箭头B)，每次通过时变得更高(箭头C)，使得枪每次通过时留下焊接部，以便将每个随后的焊接部或焊层留在或焊接到紧接之前的焊接部或焊层上。在另一种情况下，枪12可以以循环的方式移动。例如，枪12可沿基本圆形的路径移动，同时连续地熔化线6以产生基本圆形的焊层，且然后沿着接下来的基本圆形路径继续，以产生分别叠加在和紧固至紧邻的前一层和/或其它焊层的附加的基本圆形的焊层。这种情况可产生具有圆柱形或圆锥形或其他形状的制品。类似地，枪12可沿着重复的椭圆形路径或矩形路径或方形路径或八边形路径或任何种类的多边形状路径或其他类型的路径移动。应当理解，制品13仅代表可通过增材制造产生的制品类型的无限数量的构型中的一种。简言之，制品13或由该方法形成的任何其它制品通常由诸如彼此叠置的8A-I的多个焊接部或焊层制成，每个焊接部或焊层被焊接/固定到一个或更多个的焊接部或焊层。
为了在EB增材制造工艺(或其他工艺)中使用，焊丝6可以是一种特殊的化学钛合金焊丝，其被配制为满足可能与焊丝本身的初始化学性质不同的最终化学规格。例如，如上所述，EB增材制造需要高真空度以使用EB枪。由于这种高真空度和在这种高真空度下特定元素的挥发，包括诸如铝的特定元素(相对较易挥发的)的焊丝被特别配置为具有较高重量百分数的特定元素。因此，为了在这种情况下产生具有给定的最终合金组分的焊接部或焊层，焊丝具有的初始组分中特定元素具有增加的百分比。虽然增加的量将根据所讨论的具体合金和其它因素而变化，但是包括铝的焊丝可以具有例如0.5-1.0、1.5或2.0重量百分比的铝的重量百分比，该百分比比通过增材制造工艺或其他高真空工艺由焊丝产生的焊接部或焊层的期望的最终组分更多。
因此，例如，为了在诸如EB增材制造的高真空环境中生产诸如8A-8I的焊接部/焊层，其中焊接部/焊层具有的组分为Ti-6Al-4V-(0.05-0.2)B、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-(0.05-0.2)B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-(0.05-0.2)B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si-(0.05-0.2)B、Ti-10V-2Fe-3Al-(0.05-0.2)B、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo-(0.05-0.2)B、Ti-5Al-2.5Sn-(0.05-0.2)B、Ti-3Al-2.5V-(0.05-0.2)B、Ti-6Al-4V-(0.05-0.2)B超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn-(0.05-0.2)B、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si-(0.05-0.2)B、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-(0.05-0.2)B或Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-(0.05-0.2)B，焊丝可分别具有的初始组分为Ti-(6.5-8)Al-4V-(0.05-0.2)B、Ti-(5.5-7)Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-(0.05-0.2)B、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-2Mo-(0.05-0.2)B、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si-(0.05-0.2)B、Ti-10V-2Fe-(3.5-5)Al-(0.05-0.2)B、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-6Mo-(0.05-0.2)B、Ti-(5.5-7)Al-2.5Sn-(0.05-0.2)B、Ti-(3.5-5)Al-2.5V-(0.05-0.2)B、Ti-(6.5-8)Al-4V-(0.05-0.2)B超低间隙、Ti-(6.5-8)Al-6V-2Sn-(0.05-0.2)B、Ti-15Mo-2.7Nb-(3.5-5)Al-0.2Si-(0.05-0.2)B、Ti-(3.5-5)Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-(0.05-0.2)B或Ti-(5.5-7)Al-5V-5Mo-3Cr-(0.05-0.2)B。
上述的标准焊机和EB枪用于从焊丝6形成各种焊接部8。应当理解，无论是处在例如标准环境大气温度和气压的标准环境中、在高或低真空氛围中、还是在惰性气体氛围等中，都可以使用本领域已知的任何合适的热源以及能够使用焊丝6的任何合适的焊机由线6产生焊接部。
图5示出了从近似形状制品13产生最终形状制品16。可以通过任何合适的方法加工制品13以生产制品16。例如，这种加工可以在诸如CNC装置的计算机的控制下。在所示的情况下，制品13已被加工以去除焊接部8A-8I的端部和边缘，以提供制品16的上曲面和平坦的垂直侧表面，其也示出了在其中形成有孔。
如上所述，可通过增材制造形成无限数量的形状。提供图6-7以示出可使用增材制造工艺中的微量硼钛基合金焊接部或焊层(例如8A-I)由微量硼钛基合金焊丝6形成的一些部件。这些和其他部件可整体由这样的焊接部或焊层形成，或者这些部件的一部分可由这样的焊接部或焊层形成。
参考图6，飞机21被示出具有机身22、左右机翼24、和通过相应的塔架28安装在飞机机翼24上的燃气涡轮引擎26。飞机21还包括尾部组件或尾翼，其包括垂直稳定器30以及左右水平稳定器32。翼片34和副翼36分别安装在机翼24上。方向舵38安装在垂直稳定器30上，且升降机40分别安装在水平稳定器32上。机身22包括机身蒙皮附接其上的多个环形成形器(former)42和尾翼附近的隔离壁44。隔离壁44是可以位于飞机中的各个位置处的各种类型的隔离壁的示例。飞机21包括多个肋46和梁48。例如，肋46可以包括翼肋46A、襟肋(flap ribs)46B、副肋46C、垂直稳定肋46D、舵肋46E、水平稳定器肋46F和升降机肋46G。梁48可例如包括翼梁48A、襟梁48B、副梁48C、垂直稳定器梁48D、舵梁48E、水平稳定器梁48F和升降机梁48G。
图7示出了在样品飞机21中，塔架28被固定至机翼24并从机翼向下并向前延伸，飞机引擎26固定到塔架28并从塔架28向下延伸。更具体地，塔架28具有前部27和后部或尾部29以使得后部29的顶部固定到机翼24的底部，并且前部27的底部固定到引擎26的顶部。引擎26可以包括：引擎舱54，其前端限定进气口56；引擎壳体58；压缩机部分60，其可包括具有低压旋转压缩机叶片64的低压压缩机62和具有高压旋转压缩机叶片68的高压压缩机66、静态或定子螺旋桨或叶片70；燃烧室72；涡轮机部分74，可包括具有旋转涡轮机叶片78的涡轮机76；包括排气喷嘴或喷嘴组件80以及排气塞82的排气系统。叶片70可在压缩机部分60和/或涡轮机部分74中。后塔架28包括各种后塔架部件，其包括沿着塔架28的底部的隔热罩84。美国专利US7,943,227中公开了由84所示的代表隔热罩类型的一种隔热罩，其通过引用并入本文。在美国专利申请公开2011/0155847中还公开了另一种这种隔热罩，也称为后塔架整流罩，其也通过引用并入本文。
增材制造可用于由线6形成诸如飞机部件的制品，包括飞机引擎组件和非引擎组件。尽管不是详尽的清单，但这种飞机部件可包括成形器(如成形器42)、隔离壁(如隔离壁44)、肋(如肋46)、梁(如梁48)、塔架(如塔架28)、引擎舱(如引擎舱54)、引擎壳体(如壳体58)、叶片(如叶片70)、排气喷嘴(如喷嘴80)、排气塞(如排气塞82)以及隔热罩(如隔热罩84)。飞机部件和其它类型的部件也可使用线6通过将零件焊接在一起的方式形成，如上文关于钛基合金零件9和11所讨论的，由此这样的部件因此包括零件9和11以及焊接部8。
图8示出了可包括以下步骤的基本方法：提供微量硼钛基合金焊丝6(方框86)，由焊丝产生一个或多个焊接部(例如焊接部8)(方框88)，以及超声检查一个或多个焊接部以确定该一个或多个焊接部是否具有内部缺陷(方框90)。焊接部可以如上面更详细地讨论的那样形成。超声检查(方框90)可包括超声检查制品或部件，其中该制品或部件包括焊接部或基本完全由焊接部制成的制品或部件。超声检查还可以包括超声检查制品或部件，其中该制品或部件包括通过焊接部彼此紧固的焊接部和钛基合金部件，由此焊接部和零件被超声检查。
一种方法可以包括图2和图8所示的部分或全部步骤。因此，例如，可以在例如锻造、轧制或挤压之类的任何热加工之前，对铸态微量硼钛合金制品进行超声检查并运送至客户。然后，客户可进行这样的热加工，并且还可以使用一个或多个这种铸态制品和焊丝6进行焊接，从而形成另一个制品或部件，该另一个制品或部件包括由铸态制品形成的零件和由线6形成并连接零件的一个或多个焊接部。然后可在例如飞机或其他产品上超声检查和安装包括焊接部的焊接部或制品或部件。
在前面的描述中，为了简洁、清晰和理解已经使用了某些术语。除了现有技术的要求之外，不需要暗示不必要的限制，因为这些术语用于描述目的并且旨在被广泛地解释。
此外，本发明的描述和说明是示例的，并且本发明不限于所示出或描述的确切细节。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
由钛基合金和在约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的焊丝。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述硼在约0.05至0.15重量百分比的范围内。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述硼在约0.05至0.10重量百分比的范围内。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述硼在约0.10至0.20重量百分比的范围内。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述硼在约0.10至0.15重量百分比的范围内。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述钛基合金是下列之一：商用纯度钛、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述钛基合金是下列之一：商用纯度钛、Ti-(6.5-8)Al-4V、Ti-(5.5-7)Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-10V-2Fe-(3.5-5)Al、Ti-(6.5-8)Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-(5.5-7)Al-2.5Sn、Ti-(3.5-5)Al-2.5V、Ti-(6.5-8)Al-4V超低间隙、Ti-(6.5-8)Al-6V-2Sn、Ti-15Mo-2.7Nb-(3.5-5)Al-0.2Si、Ti-(3.5-5)Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr或Ti-(5.5-7)Al-5V-5Mo-3Cr。
8.一种装置，包括：
由钛基合金和在约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的至少一个焊接部。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述钛基合金是下列之一：商用纯度钛、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr。
10.根据权利要求8所述的装置，制品包括所述至少一个焊接部。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个焊接部包括第一焊层和叠加在所述第一焊层上并固定到所述第一焊层的第二焊层。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述至少一个焊接部包括叠加在所述第二焊层上并固定到所述第二焊层的第三焊层。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述制品是飞机部件。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述飞机部件是成形器、隔离壁、肋、梁、塔架、引擎舱、引擎壳体、叶片、排气喷嘴、排气塞和隔热罩中的一个。
15.根据权利要求10所述的装置，其中所述制品包括通过所述至少一个焊接部彼此固定的第一和第二钛基合金零件。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述钛基合金零件由下列之一形成：商用纯度钛、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2.5Sn，Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr和Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr。
17.一种方法，包括以下步骤：
提供由钛基合金和在约0.05至0.20重量百分比范围内的硼形成的焊丝；和
由所述焊丝形成至少一个焊接部。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括超声检查所述至少一个焊接部以确定所述至少一个焊接部是否具有内部缺陷的步骤。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述提供的步骤包括提供第一和第二钛基合金零件；并且
所述形成的步骤包括在所述第一和第二零件之间形成所述至少一个焊接部，以将所述零件彼此固定。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述形成的步骤包括形成第一焊层和叠置在所述第一焊层上并固定到所述第一焊层的第二焊层。
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