CN112872644A - β型钛合金焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种β型钛合金焊接方法，包括如下步骤：制备母材，并控制所述母材的初始变形量；对所述母材进行固溶热处理；制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理。本发明实现保证焊接接头强度的同时，提高接头塑性，焊接质量稳定，成型良好。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金焊接技术领域，尤其涉及一种β型钛合金焊接方法。
背景技术
β型钛合金焊接时，采用常规工艺，焊接接头的性能较差。在焊接热循环下，焊缝和近缝区形成了脆性的中间相引起焊接接头的强度和塑性无法同时兼顾的问题，当随后将带有铸态粗晶组织的焊缝加以强化热处理时，β相的分解产物在稍稍提高焊缝强度的条件下，在更大程度上脆化了焊缝，导致β型钛合金焊接接头的综合性能较差。
发明内容
本发明提供一种β型钛合金焊接方法，用以解决现有技术中β型钛合金焊接接头性能差的缺陷，实现改善β型钛合金焊接接头综合力学性能，达到接头强度和塑性的最优匹配。
本发明提供一种β型钛合金焊接方法，包括如下步骤：
制备母材，并控制所述母材的初始变形量；
对所述母材进行固溶热处理；
制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；
采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；
采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述制备母材，并控制所述母材的初始变形量的步骤，具体包括：
对所述母材进行锻造和冷轧，其中，锻造过程中所述母材产生使晶粒细化的变形量，冷轧过程中所述母材产生的变形量大于60％。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述母材的冷轧方向与所述母材的主纤维织构方向相同。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述对所述母材进行焊前固溶热处理的步骤，具体包括：
对所述母材进行800℃/1h固溶热处理，使所述母材处于固溶态。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，
所述制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同的步骤，具体包括：
对所述母材的本体采用线切割制得圆棒，对所述圆棒无心磨抛光，并打磨去除淬硬层。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
将打磨后的所述圆棒放置在80℃环境中保温1h，进行除气处理，并通过丙酮擦拭清理所述圆棒的表面。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，
所述采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向的步骤，具体包括：
沿垂直于所述母材的轧制方向，在两个待焊接的所述母材的端部分别制备焊接适配的单V型坡口，并采用小于9KJ/cm的热输入进行焊接。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
对焊缝和焊接热影响区提供氩气，作为保护气体。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
将所述母材放置在铜板工装上，并输送压缩空气，对焊缝和焊接热影响区进行风冷。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理的步骤，具体包括：
一级时效制度为500℃/8h，二级时效制度为650℃/1h；
经强化热处理后，对所述焊接接头进行风冷。
本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，通过制备母材，制备母材，并控制所述母材的初始变形量；对所述母材进行固溶热处理；制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理，保证焊接接头强度的同时，提高接头塑性，焊接质量稳定，成型良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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。
图1是本发明提供的β型钛合金焊接方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的β型钛合金焊接方法，包括如下步骤：
制备母材，并控制所述母材的初始变形量；
对所述母材进行固溶热处理；
制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；
采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；
采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述制备母材，并控制所述母材的初始变形量的步骤，具体包括：
对所述母材进行锻造和冷轧，其中，锻造过程中所述母材产生使晶粒细化的变形量，冷轧过程中所述母材产生的变形量大于60％。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述母材的冷轧方向与所述母材的主纤维织构方向相同。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述对所述母材进行焊前固溶热处理的步骤，具体包括：
对所述母材进行800℃/1h固溶热处理，使所述母材处于固溶态。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，
所述制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同的步骤，具体包括：
对所述母材的本体采用线切割制得圆棒，对所述圆棒无心磨抛光，并打磨去除淬硬层。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
将打磨后的所述圆棒放置在80℃环境中保温1h，进行除气处理，并通过丙酮擦拭清理所述圆棒的表面。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，
所述采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向的步骤，具体包括：
沿垂直于所述母材的轧制方向，在两个待焊接的所述母材的端部分别制备焊接适配的单V型坡口，并采用小于9KJ/cm的热输入进行焊接。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
对焊缝和焊接热影响区提供氩气，作为保护气体。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，还包括：
将所述母材放置在铜板工装上，并输送压缩空气，对焊缝和焊接热影响区进行风冷。
根据本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，所述采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理的步骤，具体包括：
一级时效制度为500℃/8h，二级时效制度为650℃/1h；
经强化热处理后，对所述焊接接头进行风冷。
本发明提供的一种β型钛合金焊接方法，通过制备母材，制备母材，并控制所述母材的初始变形量；对所述母材进行固溶热处理；制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理，保证焊接接头强度的同时，提高接头塑性，焊接质量稳定，成型良好。
本发明实施例提供的一种β型钛合金焊接方法，具体包括如下步骤：
S1、制备母材，并控制母材的初始变形量
通过对β型钛合金进行锻造和冷轧工艺，其中，锻造过程足够变形量使晶粒细化，冷轧过程变形量大于60％，冷轧方向平行于主纤维织构方向，制得母材。
S2、对母材进行固溶热处理
焊前，对母材进行800℃/1h固溶热处理，使母材处于固溶态，保证焊接接头的综合性能的提高，完成固溶热处理后，空冷。
S3、制备焊丝
对与母材的本体进行线切割，制得直径为3mm的圆棒，经无心磨对圆棒进行抛光至光亮，打磨表面去除淬硬层，并放置在80℃环境中保温1h，进行除气处理，消除焊丝表面气体饱和层；值得说明的是，为了提高焊接接头的综合性能，焊丝的材质和热处理状态均与母材相同，保证焊丝的材质参数与母材吻合，保证焊接效果。
在焊前重新采用丙酮擦拭圆棒的表面，清理灰尘和油污，通过除气处理更能减小焊缝中的气体杂质，提高焊缝纯净度。
S4、设置焊缝方向
沿垂直于母材的轧制方向，分别在两个待焊接的母材的端部制备焊接适配的单V型坡口，使两个待焊接的母材的端部对接后形成V型坡口，采用坡口型式影响熔合比，使焊缝中基体金属所占比例一致；保证焊接接头的焊缝的方向设置为垂直于母材的轧制方向，沿轧制方向对母材进行拉伸，优化母材的力学性能。
S5、采用小于9KJ/cm的热输入对母材进行焊接
焊前喷砂(采用棕刚玉细砂)去除氧化层，砂轮(碳化硅磨料)打磨坡口及周边20mm区域，见金属光泽；
采用小于9KJ/cm的热输入进行焊接，并填充焊丝；相对于β型钛合金而言，热输入与接头性能密切相关，热输入增大，接头强度降低，塑性升高；热输入越小，近缝区显微组织中析出的第二相数量就越少，近缝区中达到最高温度的区域越小，并且处在高温中的时间也大为缩短，降低完全重结晶的晶粒长大的剧烈性，获得的较窄的近缝区宽度，尤其是对于经过热处理的接头的性能起着良好的影响；
对焊缝和焊接热影响区提供纯度为99.999％的氩气，作为保护气体；
通过铜材质的散热工装和压缩空气加速焊缝和焊接热影响区冷却，采用最大的冷却速度，降低焊接热循环对近缝区组织和性能的影响，在焊接热循环作用下的近缝区内，β相产生分解，基本上是由冷却速度所决定的，冷却速度越大，焊缝具有较细的组织特点，析出的第二相非常弥散，但其数量却不多；第二相为金属间化合物TiCr2。TiCr2具有高硬度和脆性，在焊缝中极力避免出现，采取的焊后最大冷却速度使焊缝和近缝区在焊接时所产生的化学和物理不均匀性最小，接头区域性能一致。
S6、对焊接接头强化热处理
对完成的焊接接头采用双级时效工艺，一级时效制度为500℃/8h，二级时效制度为650℃/1h，一级时效使焊缝基体组织析出α相，并充分弥散，提高接头强度，二级时效使α形态改变，提高接头塑性；
经强化热处理后，对焊接接头进行风冷，加速时效热处理冷却速度。快速冷却减弱置换原子和间隙原子的偏析，减小焊缝脆性。同时，快冷能够抑制ω相的形成，并最终形成β+α组织。
实施例
分别选取两个HST3558β型钛合金作为焊材，1#和2#力学性能分别为：Rm:875MPa/870MPa，A5：16.8％/16.3％；
对焊材进行线切割，制得200mm×50mm×20mm规格的矩形母材，冷轧成厚度分别为6.5mm和4mm板状试件，冷轧变形量分别为67.5％和80％；
分别对冷轧后的母材进行固溶，800℃/1h，再风冷；
焊缝方向垂直于轧制方向；
HST3558β型钛合金本体上线切割直径为3mm的圆棒，并在圆棒表面采用无心磨抛光，磨削后的直径为2.7mm，表面光亮无污染层，80℃/1h除气处理，焊前对圆棒的表面丙酮擦拭清理；
输送焊接保护气体，纯度为99.999％的氩气，焊缝处的氩气流量为12L/min，焊接热影响区的氩气流量为18L/min～20L/min；
制备单V型坡口，坡口面角度为30°，组对间隙2.5mm；
焊前采用棕刚玉细砂喷砂，去除氧化层，碳化硅磨料砂轮打磨坡口及周边20mm区域，见金属光泽；
焊接参数如下：
采用钢板工装刚性固定，压缩空气风冷；
对完成的焊接接头采用双级时效工艺，一级时效制度为500℃/8h，二级时效制度为650℃/1h，风冷。
试验结果：
焊接接头成型良好，无气孔、裂纹等缺陷，1#试样：Rm:951MPa；Rp0.2:908MPa，A5:9.46％，断裂于母材；
2#试样：Rm:1015MPa；Rp0.2:987MPa，A5:7.71％，断裂于焊缝；强度塑性均达到要求，匹配良好。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种β型钛合金焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备母材，并控制所述母材的初始变形量；
对所述母材进行固溶热处理；
制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同；
采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向；
采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理。
2.根据权利要求1所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述制备母材，并控制所述母材的初始变形量的步骤，具体包括：
对所述母材进行锻造和冷轧，其中，锻造过程中所述母材产生使晶粒细化的变形量，冷轧过程中所述母材产生的变形量大于60％。
3.根据权利要求2所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述母材的冷轧方向与所述母材的主纤维织构方向相同。
4.根据权利要求1所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述对所述母材进行焊前固溶热处理的步骤，具体包括：
对所述母材进行800℃/1h固溶热处理，使所述母材处于固溶态。
5.根据权利要求1所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述制备焊丝，所述焊丝与所述母材的材质相同，且热处理状态相同的步骤，具体包括：
对所述母材的本体采用线切割制得圆棒，对所述圆棒无心磨抛光，并打磨去除淬硬层。
6.根据权利要求5所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，还包括：
将打磨后的所述圆棒放置在80℃环境中保温1h，进行除气处理，并通过丙酮擦拭清理所述圆棒的表面。
7.根据权利要求1所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述采用小于9KJ/cm的热输入对两个待焊接的所述母材进行焊接，并使形成的焊缝垂直于所述母材的轧制方向的步骤，具体包括：
沿垂直于所述母材的轧制方向，在两个待焊接的所述母材的端部分别制备焊接适配的单V型坡口，并采用小于9KJ/cm的热输入进行焊接。
8.根据权利要求7所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，还包括：
对焊缝和焊接热影响区提供氩气，作为保护气体。
9.根据权利要求7所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，还包括：
将所述母材放置在铜板工装上，并输送压缩空气，对焊缝和焊接热影响区进行风冷。
10.根据权利要求1所述的β型钛合金焊接方法，其特征在于，所述采用双级时效工艺对焊接接头进行强化热处理的步骤，具体包括：
一级时效制度为500℃/8h，二级时效制度为650℃/1h；
经强化热处理后，对所述焊接接头进行风冷。
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| JPH0790526A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-04-04 | Nippon Steel Corp | β型Ｔｉ合金溶接部の熱処理方法 |
| CN110216352A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-09-10 | 南昌航空大学 | 一种改善电弧增材制造钛合金构件拉伸性能各向异性的方法 |
-
2021
- 2021-02-24 CN CN202110210142.0A patent/CN112872644A/zh active Pending
Patent Citations (2)
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| CN114131225A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-04 | 天津大学 | 一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法 |
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