CN114273819B - 钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用，该焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO₂：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，ZrO₂的平均粒径为30 nm~150 nm，TiN的平均粒径为5μm~95μm。该钛合金焊接用焊料用于中高强钛合金焊接时，能够使焊接接头的焊缝具有较高的强度和较好的塑性，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接，使焊接后的结构件能够满足性能要求。

Description

钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及焊接材料技术领域，特别是涉及一种钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用。

背景技术

钨极氩弧焊接是中高强钛合金使用最广泛的焊接方法。然而，钨极氩弧焊焊缝熔合区粗大的柱状晶导致焊接接头的塑性较差，使得高温钛合金焊接结构的应用受限。

目前，本领域中多采用双相钛合金焊丝改善接头塑性。但是，采用双相钛合金焊丝会导致接头的强度损失较大，只能达到母材的60%~75%。因此，急需开发一种能够更好地适应钛合金焊接、焊缝强度高、塑性强的焊丝。

发明内容

基于此，有必要提供一种适用于中高强钛合金焊接、焊缝强度较高、焊缝塑性较强的钛合金焊接用焊料及其制备方法和应用。

本发明提出的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种钛合金焊接用焊料，所述焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO₂：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；

其中，所述ZrO₂的平均粒径为30 nm~150 nm，所述TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。

在其中一些实施例中，所述焊料中所述ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.05%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。

在其中一些实施例中，所述焊料中所述ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.03%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。

根据本发明的另一方面，提供了一种钛合金焊接用焊料的制备方法，包括如下步骤：

按本发明上述的钛合金焊接用焊料的组分提供原料；

将各组分混合后压制成电极块，将多个电极块堆垛后制成自耗电极；及

对所述自耗电极进行熔炼，得到所述焊料。

在其中一些实施例中，对所述自耗电极进行熔炼之后，所述制备方法还包括如下步骤：

将熔炼后得到的焊料进行锻造，制成钛合金坯；

将所述钛合金坯依次经轧制、拉拔、矫直、减径和磨光，得到钛合金丝材；

将所述钛合金丝材进行真空退火。

在其中一些实施例中，所述真空退火的温度为所述钛合金丝材相变点以下100 ℃~250 ℃，保温时间为40 min~180 min。

在其中一些实施例中，所述锻造的温度为600 ℃~1150 ℃。

在其中一些实施例中，将所述钛合金丝材进行真空退火之后，所述制备方法还包括如下步骤：

将经真空退火后的钛合金丝材经酸洗、碱洗和超声波清洗，然后再进行绕盘，包装。

在其中一些实施例中，所述酸洗所用的酸洗液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述碱洗所用的碱洗液为氢氧化钠溶液。

根据本发明的另一方面，提供了一种钛合金焊接用焊料的应用，将本发明上述的钛合金焊接用焊料或者本发明上述的制备方法制备的钛合金焊接用焊料，用于钛合金的TIG（钨极惰性气体保护焊，Tungsten Inert Gas Weiding）焊接、MIG（惰性气体保护电弧焊，Metal Inert Gas Arc Welding）焊接、激光焊接或增材制造。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的钛合金焊接用焊料，通过在焊料组分中添加特定含量的平均粒径为30nm~150 nm的ZrO₂颗粒和平均粒径为5 μm~95 μm的TiN颗粒；通过特定粒径和含量的ZrO₂颗粒和TiN颗粒之间的协同作用，能够有效地抑制焊缝柱状晶区晶粒的长大，使得焊缝的组织得到有效地细化，从而提高焊缝的强度和塑性。该焊料焊接后的接头焊缝处强度高、塑性好，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明的一些实施方式提供了一种钛合金焊接用焊料，该焊料按照质量百分比计，包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO₂：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；其中，ZrO₂的平均粒径为30 nm~150nm，TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。

传统的钛合金焊丝在对中高强钛合金（室温拉伸强度在800MPa~1100MPa之间的钛合金为中强钛合金，室温拉伸强度在1100MPa~1400MPa之间的钛合金为高强钛合金）进行焊接时，焊缝熔合区会形成粗大的柱状晶，导致焊接接头的塑性较差；并且其焊接后的接头强度损失较大，使得中高强钛合金焊接结构件无法满足性能要求。

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供的钛合金焊接用焊料，通过在焊料组分中添加特定含量的平均粒径为30 nm~150 nm的ZrO₂颗粒和平均粒径为5 μm~95 μm的TiN颗粒；试验研究发现，上述粒径和含量的ZrO₂颗粒和TiN颗粒与金属Ti具有良好的润湿铺展性，能够与金属Ti形成紧密结合；通过上述特定粒径和含量的ZrO₂颗粒和TiN颗粒之间的协同作用，能够有效地抑制焊缝柱状晶区晶粒的长大，使得焊缝的组织得到有效地细化，从而提高了焊缝的强度和塑性。该焊料焊接后的接头强度能够达到900 MPa~1200 MPa，其延伸率可达到10%以上，能够适用于中高强钛合金结构件的焊接。而当焊料中ZrO₂颗粒和TiN颗粒的粒径和含量不在上述范围内时，不能起到细化晶粒的作用，同时也会导致焊缝中出现较多的气孔，使焊缝性能恶化。采用其他种类的颗粒，如SiC颗粒、Al₂O₃颗粒等，同样无法达到本发明的技术效果。

在其中一些优选的具体示例中，焊料中ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.05%，TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。试验研究发现，焊料的各组分中ZrO₂、TiN的含量在上述范围之内，可使焊接接头具有更高的强度和更好的塑性，能够更好地适应中高强钛合金结构件的焊接。

在其中一些更优选的具体示例中，焊料中ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.03%，TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。进一步研究发现，当焊料的组分中ZrO₂和TiN在上述更选优的范围之内时，可使焊接接头的强度更高、塑性更好。

本发明的一些实施方式还提供了一种钛合金焊接用焊料的制备方法，该制备方法包括如下步骤S100至步骤S300。

步骤S100：按照本发明上述的钛合金焊接用焊料的组分提供原料。

具体地，按照本发明的钛合金焊接用焊料的各组分，提供Al、Sn、Zr、Mo、Cr、ZrO₂颗粒以及TiN颗粒。ZrO₂颗粒和TiN颗粒的粒径以及各组分的用量配比满足上述焊料要求。Al、Sn、Zr、Mo、Cr也可以采用其中多种金属的合金。

步骤S200：将各组分混合后压制成电极块，将多个电极块堆垛后制成自耗电极。

具体来说，将步骤S100中提供的各组分混合均匀，利用压机（如油压机）将混合后的组分压制成电极块，然后将多个电极块堆垛后采用真空等离子焊接技术制成自耗电极。

步骤S300：对自耗电极进行熔炼，得到焊料。

在制备得到自耗电极之后，本发明将自耗电极置于真空自耗炉中，对自耗电极进行熔炼，熔炼的次数可以为多次（例如两次），熔炼完成后得到钛合金铸锭即焊料。

本发明的制备方法，只需将焊料的各组分混料后进行压制形成自耗电极，然后对自耗电极进行熔炼即可得到焊料，操作非常简单。

在其中一些实施例中，在对自耗电极进行熔炼之后，该制备方法还包括如下步骤S400至步骤S600。

步骤S400：将熔炼后得到的焊料进行锻造，制成钛合金坯。

在对自耗电极进行熔炼得到钛合金铸锭之后，本发明继续对钛合金铸锭进行锻造，形成钛合金坯料。锻造的温度可为600 ℃~1150 ℃，在一个具体示例中，锻造的温度为1150 ℃。

步骤S500：将钛合金坯依次经轧制、拉拔、矫直、减径和磨光，得到钛合金丝材。

在锻造得到钛合金坯料之后，本发明将钛合金坯料依次进行轧制、拉拔、矫直、减径和磨光处理，以使钛合金坯料的尺寸变小，直径变细，得到钛合金丝材即为焊丝。具体地，钛合金丝材的直径为0.8 mm~3.0 mm。

可以理解，可以根据实际需要将钛合金坯料制成合适尺寸的钛合金丝材，钛合金丝材的直径并不限于此。

步骤S600：将钛合金丝材进行真空退火。

在制备得到钛合金丝材之后，本发明继续对钛合金丝材进行真空退火处理，以消除钛合金坯料在轧制、拉拔、矫直、减径和磨光等处理过程中产生的内部应力。

在其中一些实施例中，该真空退火的温度为钛合金丝材相变点以下100 ℃~250℃，真空退火的保温时间为40 min~180 min，保温结束后随炉冷却。

在其中一些实施例中，将钛合金丝材进行真空退火之后，该制备方法还包括如下步骤S700。

步骤S700：将退火后的钛合金丝材经酸洗、碱洗和超声波清洗，得到干净的钛合金丝材；然后将钛合金丝材进行绕盘，真空塑封包装。

在将钛合金丝材进行真空退火处理之后，本发明继续对退火后的钛合金丝材进行酸洗、碱洗和超声波清洗，以充分除去钛合金丝材表面的污物，得到干净的钛合金丝材；然后将该干净的钛合金丝材进行绕盘，真空塑封包装，即可得到钛合金焊接用焊料成品。

在其中一个具体示例中，酸洗处理步骤中所用的酸洗液采用氢氟酸和硝酸的混合溶液；碱洗处理步骤中所用的碱洗液采用氢氧化钠溶液。

需要说明的是，除了通过上述的步骤S400至步骤S700将钛合金铸锭进一步加工形成焊丝之外，也可以通过常规方法将焊料加工形成片状、块状、棒状、带状等各种常用焊料形状。

本发明的一些实施方式还提供了一种钛合金焊接用焊料的应用，将本发明上述的钛合金焊接用焊料或者本发明上述的制备方法制备的钛合金焊接用焊料，用于中高强钛合金的TIG焊接、MIG焊接、激光焊接或增材制造。

本发明的钛合金焊接用焊料对钛合金结构件进行焊接后，接头的强度较高、塑性较好，焊料具有良好的可焊性，能够适用于各种中高强钛合金结构件的TIG焊接、MIG焊接、激光焊接、增材制造等。在海洋平台、石油化工等领域具有广泛的应用前景。

下面将结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1：

一种钛合金实心焊丝的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按照如下质量百分比称取焊丝的各组分：Al：5.23%；Sn：2.15%；Zr：2.05%；Mo：4.12%；Cr：3.65%；平均粒径为50 nm的ZrO₂颗粒：0.025%；平均粒径为50 μm的TiN颗粒：0.03%；其余为Ti；

步骤2：将上述各组分进行混料处理，然后利用油压机将混合料压制成电极块，将多个电极块堆垛后采用真空等离子焊接技术进行焊接，制成自耗电极；

步骤3：将自耗电极置于真空自耗炉中进行两次熔炼，得到钛合金铸锭，然后对钛合金铸锭进行车皮和冒口切除；

步骤4：将钛合金铸锭在1150 ℃下进行锻造，制成钛合金坯，然后将钛合金坯依次经过轧制、拉拔、矫直、减径和磨光处理，得到钛合金丝材；

步骤5：将钛合金丝材在680 ℃下进行真空退火，保温时间为1.5 h；

步骤6：将真空退火后的钛合金丝材进行酸洗，酸洗液为氢氟酸和硝酸的混合溶液；然后进行碱洗，碱洗液为氢氧化钠溶液；再进行超声波清洗，得到干净的直径为1.6 mm的钛合金丝材；

步骤7：将清洗后的钛合金丝材进行焊丝绕盘，然后真空塑封包装，即得到钛合金实心焊丝成品。

采用上述制备的钛合金实芯焊丝进行TIG电弧填丝增材制造，焊接过程使整个高温区域处于高纯度氩气的保护氛围，且采用弧压反馈系统保证整个增材过程电压的稳定性。采用单道多层累积的形式完成增材试样的制备。

其中，焊接保护气Ar流量为10 L/min，保护罩Ar流量为20 L/min，焊接速度为0.12m/min，送丝速度为1.2 m/min，焊接电流为140 A，焊接电压为9.0 V，送丝角度为35 °，层间温度控制在100 ℃~200 ℃，共计25层，完成长度150 mm、高度45 mm墙体的制备。

对所制备的增材试样的力学性能进行测试。金属力学性能拉伸采用延伸计测量延伸率，测试试样的数量为3个。试验设备为美国英斯特朗Instron5967万能型拉伸试验机。测试结果如表1和表2所示。

表1 实施例1的增材试件的横向拉伸性能

表2 实施例1的增材试件的纵向拉伸性能

由表1和表2可见，采用本实施例的焊丝所制备的增材试件的抗拉强度达到1200MPa以上，其延伸率为14%以上，所制备的钛合金结构件具有较高的焊缝强度和较好的塑性。

实施例2：

钛合金实心焊丝的制备方法与实施例1相同。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，母材为TC4，焊接过程使整个高温区域处于高纯度氩气的保护氛围。采用单道多层累积的形式完成窄间隙试样的制备。

焊接过程采用对接接头的形式，板材厚度为40 mm，坡口形式为U型，超窄间隙坡口钝边厚度为5.0 mm，坡口间隙宽度为3.0 mm，单边坡口角度为1.5 °；焊接过程采用前置送丝方式，并且采用焊丝电阻加热的形式。

其中，焊接保护气Ar流量为10 L/min，保护罩Ar流量为20 L/min，焊接速度为0.3m/min，激光功率为4.5 kW，送丝速度为3.5 m/min，离较量为+20 mm，光丝距离为2 mm，送丝角度为45 °，热丝电流为95 A，层间温度控制在80 ℃~200 ℃，共计12层，完成40 mm窄间隙焊接。

对所制备的窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例1相同，测试结果如表3所示。测试过程中试样均断裂于母材位置。

表3 实施例2的窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表3可见，采用本实施例的焊丝所制备的窄间隙激光焊接试件的抗拉强度可达到920 MPa以上，其延伸率为9.8%以上，说明所制备的钛合金结构件具有较高的焊缝强度和较好的塑性。

实施例3：

钛合金实心焊丝的制备方法与实施例1相同。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层TIG填丝焊接，母材为TC4，焊接过程使整个高温区域处于高纯度氩气的保护氛围。采用单道多层累积的形式完成窄间隙试样的制备。

焊接过程采用对接接头的形式，板材厚度为20 mm，坡口形式为U型，超窄间隙坡口钝边厚度为2.0 mm，坡口间隙宽度为10.0 mm，单边坡口角度为3 °。焊接过程采用前置送丝方式，并且采用焊丝电阻加热的形式。

其中，焊接保护气Ar流量为10 L/min，保护罩Ar流量为20 L/min，焊接速度为0.15m/min，TIG焊接电流为150 A，送丝速度为2.5 m/min，焊丝-钨针距离为3 mm，送丝角度为45°，热丝电流为95 A，层间温度控制在80 ℃~200 ℃，共计10层，完成20 mm超窄间隙焊接。

对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例1相同，测试结果如表4所示。测试过程中试样均断裂于母材位置。

表4 实施例3的超窄间隙TIG焊接试件的拉伸性能

由表4可见，采用本实施例的焊丝所制备的超窄间隙TIG焊接试件的抗拉强度可达到919 MPa以上，其延伸率为10.1%以上，说明所制备的钛合金结构件具有较高的焊缝强度和较好的塑性。

实施例4：

该实施例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例1基本相同，其与实施例1的区别仅在于：焊丝的组分中ZrO₂颗粒的质量百分比含量为0.05%，TiN颗粒的质量百分比含量为0.05%。

采用上述制备的钛合金实芯焊丝进行TIG电弧填丝增材制造，焊接过程与实施例1相同。采用实施例1的测试方法对增材试样的力学性能进行测试。测试结果如表5和表6所示。

表5 实施例4的增材试件的横向拉伸性能

表6 实施例4的增材试件的纵向拉伸性能

由表5和表6可见，采用本实施例的焊丝所制备的增材试件的抗拉强度达到1000MPa以上，其延伸率为10%以上，所制备的钛合金结构件具有较高的焊缝强度和较好的塑性。

实施例5：

该实施例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例1基本相同，其与实施例1的区别仅在于：焊丝的组分不同。本实施例中焊丝由如下质量百分比的组分组成：Al：6.01%；Sn：1.85%；Zr：2.23%；Mo：3.82%；Cr：3.65%；平均粒径为50 nm的ZrO₂颗粒：0.03%；平均粒径为50μm的TiN颗粒：0.02%；其余为Ti。

采用上述制备的钛合金实芯焊丝进行TIG电弧填丝增材制造，焊接过程与实施例1相同。采用实施例1的测试方法对增材试样的力学性能进行测试。测试结果如表7和表8所示。

表7 实施例5的增材试件的横向拉伸性能

表8 实施例5的增材试件的纵向拉伸性能

由表7和表8可见，采用本实施例的焊丝所制备的增材试件的抗拉强度达到1289MPa以上，其延伸率为14.5%以上，所制备的钛合金结构件具有较高的焊缝强度和较好的塑性。

对比例1：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例1基本相同，其与实施例1的区别仅在于：焊丝的组分中ZrO₂颗粒的质量百分比含量为0.25%，TiN颗粒的质量百分比含量为0.20%。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，母材为TC4，焊接过程使整个高温区域处于高纯度氩气的保护氛围。采用单道多层累积的形式完成窄间隙试样的制备。

焊接过程采用对接接头的形式，板材厚度为20 mm，坡口形式为U型，超窄间隙坡口钝边厚度为5.0 mm，坡口间隙宽度为3.0 mm，单边坡口角度为1.5 °。焊接过程采用前置送丝方式，并且采用焊丝电阻加热的形式。

其中，焊接保护气Ar流量为10 L/min，保护罩Ar流量为20 L/min，焊接速度为0.3m/min，激光功率为4.5 kW，送丝速度为3.5 m/min，离较量为+20 mm，光丝距离为2 mm，送丝角度为45 °，热丝电流为95 A，层间温度控制在80 ℃~200 ℃，共计5层，完成20 mm超窄间隙焊接。

对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例1相同，测试结果如表9所示。测试过程中试样焊缝断裂位置均位于焊缝处。通过观察焊缝的横截面发现，焊缝中明显存在较多的气孔缺陷，且存在较多的颗粒夹杂。这是因为焊丝中添加的ZrO₂颗粒、TiN颗粒含量超出了含量范围，导致颗粒团聚、分布不均，因此性能较弱。

表9 对比例1的超窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表9可见，当焊丝的组分中ZrO₂颗粒和TiN颗粒的含量超过本发明的范围时，采用该焊丝所焊接得到的中高强钛合金结构件的拉伸性能明显下降。其抗拉强度甚至降至580 MPa，延伸率降至4.2%。

对比例2：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例2基本相同，其与实施例1的区别仅在于：焊丝的组分中ZrO₂颗粒的平均粒径为300 nm，TiN颗粒的平均粒径为150 nm。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，焊接母材及焊接方法与实施例2相同。对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例2相同，测试结果如表10所示。测试过程中试样焊缝断裂位置均位于焊缝处。通过观察焊缝的横截面发现，焊缝中明显存在较多的气孔缺陷，且存在较多的颗粒夹杂。这是因为焊丝中添加的ZrO₂颗粒、TiN颗粒的平均粒径过大所导致的。

表10 对比例2的超窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表10可见，当钛合金实心焊丝的组分中ZrO₂颗粒和TiN颗粒的平均粒径超过了本发明的范围时，采用该焊丝所焊接得到的中高强钛合金结构件的拉伸性能明显下降。其抗拉强度甚至降至556 MPa，延伸率降至4.2%。

对比例3：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例2基本相同，其与实施例2的区别仅在于：焊丝的组分中不添加ZrO₂颗粒和TiN颗粒。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，焊接母材及焊接方法与实施例2相同。对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例2相同，测试结果如表11所示。

表11 对比例3的超窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表11可见，当焊丝的组分中不添加ZrO₂颗粒和TiN颗粒时，采用该焊丝所焊接得到的中高强钛合金结构件的拉伸性能也明显下降。

对比例4：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例2基本相同，其与实施例2的区别仅在于：焊丝的组分中不添加ZrO₂颗粒和TiN颗粒，而是添加SiC颗粒和Al₂O₃颗粒。其中，SiC颗粒的质量百分比含量为0.25%、平均粒径为50 nm，Al₂O₃颗粒的质量百分比含量为0.20%、平均粒径为50 nm。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，焊接母材及焊接方法与实施例2相同。焊缝横截面显示，存在较多的气孔，且每一层焊接完毕之后焊缝表面存在明显的缺陷，粗糙度较大，其焊缝的力学性能明显低于实施例2。

对比例5：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例2基本相同，其与实施例2的区别仅在于：焊丝的组分中不添加TiN颗粒。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，焊接母材及焊接方法与实施例2相同。对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例2相同，测试结果如表12所示。

表12 对比例5的超窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表12可见，当钛合金实心焊丝的组分中添加ZrO₂颗粒而不添加TiN颗粒时，采用该焊丝所焊接得到的中高强钛合金结构件的拉伸性能比ZrO₂颗粒和TiN颗粒均不添加时（对比例3）明显提高，但是相比于实施例2则有所降低。

对比例6：

该对比例的钛合金实心焊丝的制备方法与实施例2基本相同，其与实施例2的区别仅在于：焊丝的组分中不添加ZrO₂颗粒。

采用上述制备的实芯焊丝进行钛合金超窄间隙多层激光填丝焊接，焊接母材及焊接方法与实施例2相同。对所制备的超窄间隙试样的力学性能进行测试，测试方法与实施例2相同，测试结果如表13所示。

表13 对比例6的超窄间隙激光焊接试件的拉伸性能

由表13可见，当钛合金实心焊丝的组分中添加TiN颗粒而不添加ZrO₂颗粒时，采用该焊丝所焊接得到的中高强钛合金结构件的拉伸性能比ZrO₂颗粒和TiN颗粒均不添加时（对比例3）明显提高，但是相比于实施例2则有所降低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料按质量百分比计包括如下组分：Al：4.5%~7.0%；Sn：1.6%~2.4%；Zr：1.6%~2.4%；Mo：3.82%~4.5%；Cr：3.5%~4.5%；ZrO₂：0.01%~0.18%；TiN：0.01%~0.18%；余量为Ti；

其中，所述ZrO₂的平均粒径为30 nm~150 nm，所述TiN的平均粒径为5 μm~95 μm。

2.根据权利要求1所述的钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料中所述ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.05%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.05%。

3.根据权利要求1所述的钛合金焊接用焊料，其特征在于，所述焊料中所述ZrO₂的质量百分比含量为0.025%~0.03%，所述TiN的质量百分比含量为0.02%~0.03%。

4.一种钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按权利要求1至3任一项所述的钛合金焊接用焊料的组分提供原料；

将各组分混合后压制成电极块，将多个电极块堆垛后制成自耗电极；及

对所述自耗电极进行熔炼，得到所述焊料。

5.根据权利要求4所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，对所述自耗电极进行熔炼之后，所述制备方法还包括如下步骤：

将熔炼后得到的焊料进行锻造，制成钛合金坯；

将所述钛合金坯依次经轧制、拉拔、矫直、减径和磨光，得到钛合金丝材；

将所述钛合金丝材进行真空退火。

6.根据权利要求5所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，所述真空退火的温度为所述钛合金丝材相变点以下100 ℃~250 ℃，保温时间为40 min~180 min。

7.根据权利要求5所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，所述锻造的温度为600 ℃~1150 ℃。

8.根据权利要求5所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，将所述钛合金丝材进行真空退火之后，所述制备方法还包括如下步骤：

将经真空退火后的钛合金丝材经酸洗、碱洗和超声波清洗，然后再进行绕盘，包装。

9.根据权利要求8所述的钛合金焊接用焊料的制备方法，其特征在于，所述酸洗所用的酸洗液为氢氟酸和硝酸的混合溶液，所述碱洗所用的碱洗液为氢氧化钠溶液。

10.一种钛合金焊接用焊料的应用，其特征在于，将权利要求1至3任一项所述的钛合金焊接用焊料或者权利要求4至9任一项所述的制备方法制备的钛合金焊接用焊料，用于钛合金的TIG焊接、MIG焊接、激光焊接或增材制造。