CN115582621A - 一种钛合金型材焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的钛合金型材焊接方法，用于将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，包括焊接面处理步骤、定位焊步骤和激光焊步骤。焊接面处理步骤具体为对钛合金零件的零件焊接面和待焊接工件的工件焊接面进行表面处理；定位焊步骤具体为在定位夹具上对钛合金零件和待焊接工件的部分区域进行激光焊接，以对钛合金零件和待焊接工件进行固定，得到固定后的焊接半成品；激光焊步骤对焊接半成品的零件焊接面和工件焊接面进行激光焊接，得到焊接成品。本发明提供的钛合金型材焊接方法实现了钛合金型材与待焊接工件的焊接，焊接效率高，且得到的钛合金焊接成品焊接变形小，焊缝强度高。

Description

一种钛合金型材焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，涉及一种钛合金型材焊接方法。
背景技术
钛合金型材作为一种新型的结构材料在先进军用飞机上已获得广泛应用。国际上，俄罗斯及欧美等钛工业发达国家已具有成熟的钛合金型材生产技术，其生产的钛合金型材已普遍应用到飞机上。钛合金型材在苏联的飞机上主要用于飞机升降副翼、方向舵、发动机短舱结构。
国内钛合金型材研制起步较晚，应用上必需使用型材的部位，往往不得已用钣金件或厚板加工进行代替，使得制造工艺复杂、零件质量不易保证。国内钛合金型材主要应用在发动机舱、起落架舱、尾梁、机尾罩、空调系统、防火系统等众多方面。当钛合金型材用于飞机长桁、隔框、隔板以及连接角材等部位时，多作为承力部件通过焊接的方式与机身相连接。
国内工厂在进行钛合金型材焊接的过程中，大多使用钨极氩弧焊的方式进行焊接，焊接效率低，且得到的钛合金型材的焊接成品焊接变形大，焊缝强度低。
因此，如何减少钛合金型材焊接成品的变形，增强焊缝的强度，并提高焊接效率，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛合金型材焊接方法，以减少钛合金型材焊接成品的变形，增强焊缝的强度，并提高焊接效率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钛合金型材焊接方法，用于将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，包括步骤：
焊接面处理，对所述钛合金零件的零件焊接面和所述待焊接工件的工件焊接面进行表面处理；
定位焊，在定位夹具上对所述零件焊接面和所述工件焊接面的部分区域进行激光焊接，以对所述钛合金零件和所述待焊接工件进行固定，得到固定后的焊接半成品；
激光焊，对所述焊接半成品的所述零件焊接面和所述工件焊接面进行激光焊接，得到焊接成品。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，在所述焊接面处理步骤之前，还包括步骤：
零件准备，切割钛合金型材得到相应尺寸的所述钛合金零件；
其中，所述钛合金型材在任意500mm的长度区间内，以所述钛合金型材的长度延伸方向为轴的扭转角不大于1°，弯曲度不大于1mm。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述焊接面处理步骤具体包括步骤：
打磨，对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行打磨处理，使得所述零件焊接面和所述工件焊接面的表面粗糙度不低于Ra3.2；
抛光和/或刮削，对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行抛光处理和/或刮削处理；
清洗，用丙酮清洗所述钛合金零件和所述工件焊接面；
酸洗，对所述钛合金零件进行酸洗。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述酸洗步骤具体为使用HNO3以及70％HF的混合酸对所述钛合金零件进行酸洗；
其中，HNO3的密度为300g/L～450g/L，HF的密度不大于90g/L，酸洗时间为3min～6min。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述定位焊步骤中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与所述钛合金零件牌号相同的焊丝，送丝速度为0.8m/min～1.8m/min；
所述激光焊步骤中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与所述钛合金零件牌号相同的焊丝，送丝速度为1.0m/min～1.8m/min。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述定位焊步骤具体为在保护气环境下，在定位夹具上使用激光焊枪对所述零件焊接面和所述工件焊接面的部分区域进行激光焊接；
所述激光焊步骤具体为在保护气环境下，使用所述激光焊枪对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行激光焊接；
所述定位焊步骤和所述激光焊步骤中，所述激光焊枪在焊接时的倾角均为30°～45°。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述定位焊步骤和所述激光焊步骤中的激光焊接的正面的保护气流量均为30L/min～50L/min，背面的保护气流量均为8L/min～12L/min。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述保护气为氩气、氦气或二氧化碳气体。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述定位焊步骤的激光焊接的激光功率为800W～1500W，焊接速度为0.5m/min～1.0m/min，离焦量为8mm～20mm。
优选地，在上述的钛合金型材焊接方法中，所述激光焊步骤的激光焊接的激光功率为2000W～2800W，焊接速度为0.8m/min～1.2m/min，离焦量为8mm～15mm。
本发明提供的钛合金型材焊接方法，用于将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，包括焊接面处理步骤、定位焊步骤和激光焊步骤。焊接面处理步骤具体为对钛合金零件的零件焊接面和待焊接工件的工件焊接面进行表面处理；定位焊步骤具体为在定位夹具上对钛合金零件和待焊接工件的部分区域进行激光焊接，以对钛合金零件和待焊接工件进行固定，得到固定后的焊接半成品；激光焊步骤对焊接半成品的零件焊接面和工件焊接面进行激光焊接，得到焊接成品。相较于现有技术使用氩弧焊对钛合金型材进行焊接，焊接效率低，且得到的钛合金焊接成品变形大，焊缝强度低，本发明提供的钛合金型材焊接方法使用激光焊的方法将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，实现了钛合金型材与待焊接工件的焊接，焊接效率高，且得到的钛合金焊接成品焊接变形小，焊缝强度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的第一种钛合金型材焊接方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的第二种钛合金型材焊接方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的第三种钛合金型材焊接方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的表面处理的流程图；
图5为本发明实施例提供的第四种钛合金型材焊接方法的流程图。
具体实施方式
本发明的核心在于公开一种钛合金型材焊接方法，以减少钛合金型材焊接成品的变形，增强焊缝的强度，并提高焊接效率。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
本发明实施例公开了一种钛合金型材焊接方法，用于将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，结合图1，具体包括以下步骤：
步骤S10、焊接面处理；
对钛合金零件的零件焊接面和待焊接工件的工件焊接面进行表面处理。
钛合金型材可以为壁厚处于1-3mm区间的横截面为直角“L”、锐角“L”或“T”型的钛合金薄壁型材，在将钛合金型材制备的钛合金零件焊接到待焊接工件上时，要分别对钛合金零件和待焊接工件的焊接面进行表面处理，例如对焊接面进行清洁、清扫、去毛刺、去油污、去氧化皮等工艺，使其达到后续激光焊接的表面要求。为了便于理解，定义钛合金零件的焊接面为零件焊接面，待焊接工件的焊接面为工件焊接面，对钛合金零件和待焊接工件的焊接面进行表面处理，即为对零件焊接面和工件焊接面进行表面处理。
步骤S20、定位焊；
在定位夹具上对零件焊接面和工件焊接面的部分区域进行激光焊接，以对钛合金零件和待焊接工件进行固定，得到固定后的焊接半成品。部分区域是指对零件焊接面和工件焊接面定位后，选择几个焊接点进行焊接，焊接点的数量以及间隔距离，可根据实际情况自行选择，只要能够实现对钛合金零件和待焊接工件固定的效果即可。
步骤S20用于固定钛合金零件和待焊接工件的相对位置，以使最后得到的焊接成品具有正确的形状和尺寸。在将经由步骤S10处理后的钛合金零件焊接在待焊接工件上时，为了将钛合金零件与待焊接工件的相对位置进行固定，以避免在后续激光焊接的过程中二者的位置发生偏移，使用定位夹具对零件焊接面和工件焊接面进行定位与固定。经过步骤S20后得到钛合金零件与待焊接工件位置固定的焊接半成品。
步骤S30、激光焊；
对焊接半成品的零件焊接面和工件焊接面进行激光焊接，以得到焊接成品。通过对焊接半成品的零件焊接面和工件焊接面进行激光焊接，使得钛合金零件紧密地固定在待焊接工件上，得到焊接成品。本领域技术人员可以理解，在步骤S30中，为了防止得到的钛合金焊接成品的焊缝出现不连续或不均匀的情况，激光焊接的过程中不会避开步骤S20中已经焊接的区域，而是对零件焊接面和工件焊接面全部的待焊接区域进行焊接。
相较于现有技术使用氩弧焊对钛合金型材进行焊接，焊接效率低，且得到的钛合金焊接成品变形大，焊缝强度低，本发明实施例公开的钛合金型材焊接方法使用激光焊的方法将钛合金型材制备的钛合金零件焊接到待焊接工件上，实现了钛合金型材与待焊接工件的固定，焊接效率高，且激光焊接得到的钛合金焊接成品变形小，焊缝强度高。同时激光焊接还具有速率快、焊接效果稳定的优点，是一种优选的钛合金焊接方式。
结合图3，在本发明公开的一具体地实施例中，为了防止步骤S20得到的钛合金焊接半成品的钛合金零件相对于待焊接工件的位置有偏差，在步骤S20之后还包括步骤S40。
步骤S40、定位检查；
检查步骤S20得到的钛合金焊接半成品的钛合金零件相对待焊接工件的位置是否存在偏差，若存在偏差则进行步骤S50、若不存在偏差则进行步骤S30。
若得到的钛合金焊接半成品的钛合金零件相对待焊接工件的位置存在偏差，会导致焊接得到的钛合金成品不符合生产要求，无法使用，因此需要对定位焊的各个激光焊接区域进行检查，是否定位准确。
步骤S50、拆除；
对步骤S20得到的待焊接半成品的各个激光焊接区域进行拆除，拆除之后进行步骤S20。
为了防止步骤S20中钛合金零件相对于待焊接工件定位不准确，因此步骤S20得到的钛合金焊接半成品的钛合金零件相对于待焊接工件可以轻易拆卸，拆卸之后可重新装配，并再次进行定位，直至定位准确。通过增加步骤S40和步骤S50可以避免由于定位失误而导致的钛合金焊接成品报废的情况。具体地，待焊接半成品的各个激光焊接区域可能为焊点或焊缝，均需要进行拆除。
进一步地，如图2所示，为了得到合适的钛合金型材以制备钛合金零件，本发明实施例公开的钛合金焊接方法，在步骤S10之前，还包括步骤S00。
步骤S00、零件准备；
切割钛合金型材得到相应尺寸的钛合金零件。
为了得到符合要求的钛合金零件，可以通过对钛合金型材的切割来进行制备。同时钛合金零件焊接于待焊接工件，为了使焊接得到的钛合金焊接产品具有足够的结构强度，用于制备钛合金零件的定尺或非定尺的钛合金型材需具备一定的平直度，所以需要对钛合金型材进行一定的筛选。具体地，钛合金型材在任意500mm的长度区间内，以钛合金型材的长度延伸方向为轴的扭转角不大于1°，弯曲度不大于1mm。当钛合金型材的扭转角或弯曲度过大，容易导致制备的钛合金零件无法焊接或焊接质量差，不满足生产需求。
钛合金零件可以通过激光切割钛合金型材得到。在本发明公开的一具体地实施例中，待焊接工件具体为TC1、TC2、TC4、TC15或TC21等中、低强度钛合金，且工件焊接面的厚度在2mm～5mm之间。本领域技术人员可以理解，待焊接工件可以为其他材料，但钛合金零件一般用于焊接于钛合金待焊接工件。
在本发明公开的一具体的实施例中，结合图4和图5，步骤S10具体包括以下步骤。
步骤S11、打磨；
对零件焊接面和工件焊接面进行打磨处理，使得零件焊接面和工件焊接面的表面粗糙度不低于Ra3.2。通过对零件焊接面和工件焊接面的打磨，可去除零件焊接面和工件焊接面的毛刺、油污和灰尘，并使表面粗糙度达到激光焊接的要求。
步骤S12、抛光和/或刮削；
对零件焊接面和工件焊接面进行抛光处理和/或刮削处理。
为了消除残留在零件焊接面和工件焊接面上的细微磨痕，对零件焊接面和工件焊接面进行抛光处理，使零件焊接面和工件焊接面出现金属光泽。在本发明公开的一具体的实施例中，抛光的范围具体为待焊接区域以及沿待焊接区域边缘向外延伸的10mm～20mm的区域。需要说明的是，还可以采用刮削的方式或抛光和刮削共同使用，使零件焊接面和工件焊接面达到激光焊接的表面要求。同时，待焊接工件与钛合金零件的对接间隙需满足一定条件，可通过将零件焊接面与工件焊接面进行拼合，并通过检测拼合后的零件焊接面与工件焊接面之间的间隙来判断是否满足要求，拼合后零件焊接面与工件焊接面之间的间隙即为对接间隙。
步骤S13、清洗；
用丙酮清洗钛合金零件和工件焊接面。
丙酮具有良好的溶解性，可溶解零件焊接面和工件焊接面的油污，并对金属碎屑等杂质进行清理。
步骤S14、酸洗；
酸洗是清洁金属表面的一种方法，可去除钛合金零件表面的氧化层、油污等会影响焊接效果的杂质。酸洗工艺的酸洗液一般为多种酸的混合物，主要有硫酸、硝酸和氢氟酸等。在本发明公开的一具体的实施例中，整个钛合金零件浸入到HNO3以及70％HF的混合酸洗液中进行酸洗。
本领域技术人员可以理解，在步骤S11、步骤S12和步骤S13中对于钛合金零件的处理可以仅处理零件焊接面，也可以对整个钛合金零件进行处理。对整个钛合金零件进行处理可方便后续进行其他工序。
为了增强钛合金焊接成品焊缝的结构强度，定位焊中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与钛合金零件牌号相同的焊丝，激光焊中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与钛合金零件牌号相同的焊丝。
为了进一步地提高钛合金焊接成品的焊缝质量，并避免钛合金零件的零件焊接面在激光焊接的过程中氧化，定位焊具体为在保护气环境下，在定位夹具上使用激光焊枪对零件焊接面和工件焊接面的部分区域进行激光焊接。激光焊具体为在保护气环境下，使用激光焊枪对零件焊接面和工件焊接面进行激光焊接。
具体地，保护气可以为氩气、氦气或二氧化碳气体。
本发明还公开了以下钛合金型材的焊接实施例。
实施例1：
步骤S00、零件准备；
选择TC2钛合金型材，型材横截面为锐角L型，型材壁厚的最薄处为1.32mm，最厚处为1.60mm，型材的长度为4012mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.7°，型材纵向弯曲度最大为0.8mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为300mm，表面处理后对接间隙为0.04mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为5min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之后进行检查；
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.2m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为40L/min，背面保护气流量为8L/min，焊枪倾角为35°，激光焊接的激光功率为1200W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为12mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.5m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为35L/min，背面保护气流量为10L/min，焊枪倾角为35°，激光焊接的激光功率为2500W，焊接速度为1.0m/min，离焦量为15mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为837MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为865MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
实施例2：
步骤S00、零件准备；
选择TA15钛合金型材，型材横截面为等边L型，型材壁厚的最薄处为2.34mm，最厚处为2.58mm，型材的长度为3950mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.4°，型材纵向弯曲度最大为0.6mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为350mm，表面处理后对接间隙为0.05mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为4min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之后进行检查；
具体地，焊丝为TA15，送丝速度为0.8m/min，保护气为He，正面保护气流量为45L/min，背面保护气流量为10L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为1500W，焊接速度为0.6m/min，离焦量为10mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA15，送丝速度为1.2m/min，保护气为He，正面保护气流量为50L/min，背面保护气流量为10L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为2700W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为12mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为1087MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为1140MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
实施例3：
步骤S00、零件准备；
选择TC4钛合金型材，型材横截面为T型，型材壁厚的最薄处为1.08mm，最厚处为1.22mm，型材的长度为3560mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.9°，型材纵向弯曲度最大为0.8mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为500mm，表面处理后对接间隙为0.06mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为4min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之后进行检查；
具体地，焊丝为TA1，送丝速度为1.2m/min，保护气为CO2，正面保护气流量为35L/min，背面保护气流量为8L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为800W，焊接速度为0.6m/min，离焦量为8mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA1，送丝速度为1.5m/min，保护气为CO2，正面保护气流量为38L/min，背面保护气流量为9L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为2200W，焊接速度为0.9m/min，离焦量为10mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为1087MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为1142MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
实施例4：
步骤S00、零件准备；
选择TC2钛合金型材，型材横截面为等边L型，型材壁厚的最薄处为1.57mm，最厚处为1.72mm，型材的长度为3860mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.5°，型材纵向弯曲度最大为0.6mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为500mm，表面处理后对接间隙为0.06mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为5min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之焊后进行检查；
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.0m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为40L/min，背面保护气流量为10L/min，焊枪倾角为40°，激光焊接的激光功率为1000W，焊接速度为0.8m/min，离焦量为9mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.2m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为45L/min，背面保护气流量为10L/min，焊枪倾角为40°，激光焊接的激光功率为2500W，焊接速度为1.0m/min，离焦量为12mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为851MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为867MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
实施例5：
步骤S00、零件准备；
选择TC4钛合金型材，型材横截面为T型，型材壁厚的最薄处为1.08mm，最厚处为1.22mm，型材的长度为3560mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.9°，型材纵向弯曲度最大为0.8mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为500mm，表面处理后对接间隙为0.09mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为3min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之后进行检查；
具体地，焊丝为TA1，送丝速度为1.8m/min，保护气为CO2，正面保护气流量为30L/min，背面保护气流量为11L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为800W，焊接速度为0.5m/min，离焦量为15mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA1，送丝速度为1.8m/min，保护气为CO2，正面保护气流量为30L/min，背面保护气流量为8L/min，焊枪倾角为45°，激光焊接的激光功率为2000W，焊接速度为0.9m/min，离焦量为8mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为1087MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为1131MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
实施例6：
步骤S00、零件准备；
选择TC2钛合金型材，型材横截面为等边L型，型材壁厚的最薄处为1.57mm，最厚处为1.72mm，型材的长度为3860mm，型材任一500mm长度上以长度延伸方向为轴的扭转角最大为0.5°，型材纵向弯曲度最大为0.6mm。
步骤S10、焊接面处理；
通过激光切割将型材需要焊接的零件部分进行切割，并将切下的零件连同钛合金待焊工件的焊接部位进行表面处理；
具体地，切下的钛合金零件部分长度为500mm，表面处理后对接间隙为0.07mm，酸洗使用HNO3以及70％HF的混合酸进行，溶液中HNO3的密度为400g/L，HF的密度为75g/L，酸洗时间为6min。
步骤S20、定位焊；
在保护气环境下，在定位夹具上对钛合金零件与待焊工件的部分区域进行激光焊接，激光焊接之后进行检查；
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.5m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为50L/min，背面保护气流量为12L/min，焊枪倾角为30°，激光焊接的激光功率为1000W，焊接速度为1.0m/min，离焦量为20mm。
步骤S30、激光焊；
在保护气环境下对钛合金零件与待焊工件进行激光焊接。
具体地，焊丝为TA0，送丝速度为1.0m/min，保护气为Ar，正面保护气流量为45L/min，背面保护气流量为12L/min，焊枪倾角为30°，激光焊接的激光功率为2800W，焊接速度为1.2m/min，离焦量为13mm。
经检测焊接前待焊接工件的抗拉性能为851MPa，焊接后焊缝接头的抗拉性能为859MPa，钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化。
结合上述的实施例1～实施例6可得，本发明实施例公开的钛合金型材焊接方法的一些可选的参数范围。具体地，对钛合金零件进行酸洗的混合酸的HNO3的密度为300g/L～450g/L，HF的密度不大于90g/L，酸洗时间为3min～6min。待焊接工件和钛合金零件的对接间隙小于0.1mm。定位焊中的激光焊接的送丝速度为0.8m/min～1.8m/min。激光焊枪在焊接时的倾角为30°～45°。定位焊和激光焊中的激光焊接时正面的保护气流量均为30L/min～50L/min，背面的保护气流量均为8L/min～12L/min。定位焊的激光焊接的激光功率为800W～1500W，焊接速度为0.5m/min～1.0m/min，离焦量为8mm～20mm。激光焊的激光焊接的激光功率为2000W～2800W，焊接速度0.8m/min～1.2m/min，离焦量为8mm～15mm。
通过上述的参数设计，可避免激光焊接过程中产生过大的热应力导致钛合金零件产生变形，此外焊接于待焊接工件上的钛合金零件还可作为加强筋，提升待焊接工件的结构强度。在上述的实施例中，钛合金零件与待焊接工件之间的焊缝的拉伸强度比待焊接工件的强度更高，说明钛合金零件对待焊接工件的性能进行了强化，相较于现有技术中的氩弧焊，焊接效果更好。
本领域技术人员可以理解，当激光焊接的具体参数低于上述的参数范围时，可能导致钛合金焊接成品的焊缝出现未焊合或未熔透等缺陷，而高于上述参数范围可能会导致钛合金零件出现较大的应力变形。
经验证，本发明公开的方法已完成多批次不同厚度下国产TC2、TC4以及TA15等钛合金型材的焊接过程，其中钛合金零件用于作为待焊接工件的加强筋，制得的钛合金焊接成品结构件的焊缝成形均匀，且具有足够的结构强度。通过对钛合金焊接成品的焊缝进行截断观察发现，焊缝并未出现未焊合及未熔透等缺陷。对钛合金焊接成品的焊缝进行X光检测，焊缝的底片中不存在气孔及裂纹等缺陷，将X光检测合格的焊缝进行激光切割，制得拉伸及剪切强度试样并进行测试，测试结果显示焊缝的抗拉性能高于待焊工件本体的抗拉性能，同时焊缝的剪切强度也达到了与待焊接工件相当的水平，这说明通过本发明焊接的钛合金零件在待焊接工件上形成的加强筋对整体结构起到了强化作用。
我国飞机上广泛应用的基于钛合金型材制备的长桁件，可使用本发明公开的钛合金焊接方法进行制备。同时，本发明公开的钛合金型材焊接方法的工艺参数设置简单，操作方便，流程可控，克服了国内钛合金型材因尺寸及性能不均、工艺自动化程度不高、工艺过程不成熟等原因达不到指定的焊缝结合程度以及焊缝性能偏低等问题。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钛合金型材焊接方法，其特征在于，用于将钛合金型材制备的钛合金零件焊接于待焊接工件，包括步骤：
焊接面处理，对所述钛合金零件的零件焊接面和所述待焊接工件的工件焊接面进行表面处理；
定位焊，在定位夹具上对所述零件焊接面和所述工件焊接面的部分区域进行激光焊接，以对所述钛合金零件和所述待焊接工件进行固定，得到固定后的焊接半成品；
激光焊，对所述焊接半成品的所述零件焊接面和所述工件焊接面进行激光焊接，得到焊接成品。
2.如权利要求1所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，在所述焊接面处理步骤之前，还包括步骤：
零件准备，切割钛合金型材得到相应尺寸的所述钛合金零件；
其中，所述钛合金型材在任意500mm的长度区间内，以所述钛合金型材的长度延伸方向为轴的扭转角不大于1°，弯曲度不大于1mm。
3.如权利要求1所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述焊接面处理步骤具体包括步骤：
打磨，对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行打磨处理，使得所述零件焊接面和所述工件焊接面的表面粗糙度不低于Ra3.2；
抛光和/或刮削，对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行抛光处理和/或刮削处理；
清洗，用丙酮清洗所述钛合金零件和所述工件焊接面；
酸洗，对所述钛合金零件进行酸洗。
4.如权利要求3所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述酸洗步骤具体为使用HNO3以及70％HF的混合酸对所述钛合金零件进行酸洗；
其中，HNO3的密度为300g/L～450g/L，HF的密度不大于90g/L，酸洗时间为3min～6min。
5.如权利要求1所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述定位焊步骤中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与所述钛合金零件牌号相同的焊丝，送丝速度为0.8m/min～1.8m/min；
所述激光焊步骤中的激光焊接的焊丝为TA0、TA1或与所述钛合金零件牌号相同的焊丝，送丝速度为1.0m/min～1.8m/min。
6.如权利要求1所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述定位焊步骤具体为在保护气环境下，在定位夹具上使用激光焊枪对所述零件焊接面和所述工件焊接面的部分区域进行激光焊接；
所述激光焊步骤具体为在保护气环境下，使用所述激光焊枪对所述零件焊接面和所述工件焊接面进行激光焊接；
所述定位焊步骤和所述激光焊步骤中，所述激光焊枪在焊接时的倾角均为30°～45°。
7.如权利要求6所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述定位焊步骤和所述激光焊步骤中的激光焊接的正面的保护气流量均为30L/min～50L/min，背面的保护气流量均为8L/min～12L/min。
8.如权利要求7所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述保护气为氩气、氦气或二氧化碳气体。
9.如权利要求1-8任意一项所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述定位焊步骤的激光焊接的激光功率为800W～1500W，焊接速度为0.5m/min～1.0m/min，离焦量为8mm～20mm。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的钛合金型材焊接方法，其特征在于，所述激光焊步骤的激光焊接的激光功率为2000W～2800W，焊接速度为0.8m/min～1.2m/min，离焦量为8mm～15mm。
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