RU2750229C1 - Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций - Google Patents
Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750229C1 RU2750229C1 RU2020133943A RU2020133943A RU2750229C1 RU 2750229 C1 RU2750229 C1 RU 2750229C1 RU 2020133943 A RU2020133943 A RU 2020133943A RU 2020133943 A RU2020133943 A RU 2020133943A RU 2750229 C1 RU2750229 C1 RU 2750229C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- welded
- titanium alloys
- heat treatment
- strength
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов и может быть использовано для изготовления крупногабаритных конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок. Способ включает: наплавку на кромки свариваемого соединения металла с меньшим содержанием β-стабилизирующих элементов, чем в основном металле, и термическую обработку сварных заготовок до процесса сварки. Выполнение предварительной наплавки и термообработка сварных заготовок до процесса сварки способствуют выравниванию структуры, а именно в зоне термического влияния происходит более интенсивный и равномерный распад β-фазы, в результате чего повышаются прочностные и пластические характеристики сварных соединений. Кроме того, способ сварки позволяет использовать его для изготовления сварных соединений крупногабаритных конструкций. 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления крупногабаритных конструкций судостроительной, авиационной и космической техники, а также энергетических установок.
Одной из трудностей сварки титановых сплавов является высокая активность титана к газам атмосферы при повышенных температурах. Для защиты используют инертные газы аргон и гелий или сварку выполняют в вакууме.
Электронно-лучевая сварка нашла широкое применение для получения соединений титановых сплавов. Такой вид сварки позволяет получать соединения больших толщин за один проход с минимальной зоной термического влияния, а также эффективно защищать свариваемый металл от воздействия атмосферных газов.
В процессе сварки металл зоны термического влияния (ЗТВ) подвергается воздействию высокой, быстро изменяющейся температуры, поэтому фазовый состав и механические свойства металла в этой зоне резко отличаются от свойств и состава основного металла. При высоких скоростях охлаждения в зоне термического влияния псевдо-β-сплавов титана, β-фаза не распадается, такая структура является термически нестабильной, что приводит к снижению механических свойств. Поэтому титановые сплавы данного класса после сварки требуют обязательной термической обработки. Однако для крупногабаритных конструкций не всегда есть возможность проведения термической обработки после сварки.
Сварные соединения двухфазных титановых сплавов, выполненные электронно-лучевой сваркой без введения присадочных материалов, имеют низкие показатели пластичности и ударной вязкости металла шва [С.В. Ахонин, С.Г. Григоренко, В.Ю.Белоус, Т.Г. Таранова, Р.В.Селин Электронно-лучевая сварка ложнолегированного высокопрочного титанового сплава// Автоматическая сварка №5-6, 2016].
Также использование электронно-лучевой сварки для псевдо-β-сплавов титана, например сплав ВТ-19, не позволяет получить сварные соединения с необходимым уровнем механических свойств без дополнительной термообработки [С.В. Ахонин, В.Ю. Белоус, Р.В. Селин, Э.Л. Вржижевский, И.К. Петриченко Электронно-лучевая сварка и термообработка сварных соединений высокопрочного псевдо-β-титанового сплава ВТ-19// Автоматическая сварка №7, 2018].
Известен зарубежный патент JP 6557781 A (1982 г.), в котором для электронно-лучевой сварки титановых сплавов используются вставки из титана с добавлением алюминия.
Использование в процессе электронно-лучевой сварки присадочной проволоки не позволяет получить равнопрочное сварное соединение и высокие показатели ударной вязкости зоны термического влияния без дополнительной термической обработки после сварки. Такой способ сварки не позволяет применять его к крупногабаритным конструкциям.
Известен способ электронно-лучевой сварки с промежуточными вставками для сплава ВТ-23 [А.В. Федосов, Е.В. Карпович Перспективные аспекты использования электронно-лучевой технологии сварки для высокопрочных титановых сплавов//Авиационно-космическая техника и технология, №1, 2015].
Недостатком известного способа является необходимость проведения термической обработки после сварки для получения необходимых прочностных и пластических характеристик металла шва, что не всегда является возможным в процессе изготовления крупногабаритных сварных конструкций в условиях промышленного производства.
Наиболее близким способом сварки по техническому исполнению является способ сварки по патенту SU 904937, заключающийся в том, что в зону стыка свариваемых материалов помещают присадочный материал в виде вставки из титана с содержанием алюминия 0,1-5,0% и циркония 0,1-5,0%.
Необходимость термической обработки для получения необходимого уровня механических свойств после сварки не позволяет использовать данный способ для изготовления сварных соединений крупногабаритных конструкций из титановых псевдо-β-сплавов. Помимо этого наблюдается снижение значений ударной вязкости зоны термического влияния по сравнению с основным металлом.
Технической задачей предложенного изобретения является создание сварных соединений высокопрочных псевдо-β-сплавов титана для изготовления крупногабаритных конструкций с высоким уровнем временного удельного сопротивления (около 1035 МПа) и ударной вязкости зоны термического влияния (около 35 Дж/см2)без последующей термической обработки.
Техническим результатом предложенного изобретения является способ изготовления сварных соединений с высокими прочностными и пластическими характеристиками для крупногабаритных конструкций из псевдо-β-сплавов титана.
Технический результат достигается тем, что способ электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов включает: наплавку металла с меньшим содержанием β-стабилизирующих элементов, чем в основном металле, на кромки свариваемого соединения, термическую обработку сварных заготовок до процесса сварки (нагрев до температуры отжига 700°С, выдержку при этой температуре 1 час и охлаждение на воздухе).
Высокое содержание β-стабилизирующих элементов в основном металле приводит после электронно-лучевой сварки к образованию в структуре металла шва и зоны термического влияния метастабильных фаз, снижающих механические характеристики сварного соединения.
Уменьшение количества β-стабилизаторов в металле шва осуществляют путем создания в зоне сварочной ванны менее легированного сплава.
По сравнению со способом-прототипом предварительная наплавка на кромки свариваемых заготовок и термическая обработка заготовок до процесса сварки позволяет улучшить пластические характеристики зоны термического влияния (ударная вязкость), не снижая агрегатной прочности сварного соединения в целом.
После сварки титановых сплавов данного класса в структуре зоны термического влияния преобладает метастабильная β-фаза с неравномерно расположенными по телу зерна выделениями низкотемпературной α-фазы. Такая структура понижает пластические характеристики сварного соединения. В предлагаемом способе при выполнении наплавок также образуется зона термического влияния с низкими характеристиками пластичности.
Наиболее распространенным режимом термической обработки сварных конструкций титановых сплавов является отжиг в среднем температурном интервале (α+β)-области. Нагрев до температуры 700°С практически не изменяет количественное соотношение фаз в основном металле. В процессе выдержки металла при температуре отжига происходит перераспределение легирующих элементов, β-фаза становится термодинамически стабильной и при охлаждении не выделяется низкотемпературная α-фаза, что приводит к выравниванию структуры сварного соединения во всех зонах, и к повышению характеристик пластичности.
Помимо этого зона термического влияния после электронно-лучевой сварки располагается на предварительной наплавке из металла менее легированного β-стабилизирующими элементами, что позволяет получить равнопрочное сварное соединение.
Предварительная наплавка и термическая обработка сварных заготовок до процесса сварки делает возможным использовать данный способ для изготовления сварных соединений крупногабаритных конструкций.
Предлагаемый и известный способы проверяли на сварных соединениях толщиной 24 мм из титанового сплава марки ПТ-48 после упрочняющей термической обработки.
На фиг. 1 изображено сечение сварного соединения до и после сварки, а также чертеж сварных заготовок с указанием размера наплавки (обозначения: 1-наплавка, 2-сварной шов).
Пример выполнения по известному способу:
Электронно-лучевой сваркой изготавливали сварные соединения без применения присадочных материалов и последующей термической обработки.
Пример выполнения по предлагаемому способу:
По предлагаемому способу предварительно перед сваркой на кромки заготовок проводилась наплавка сварочной проволоки. Содержание химических элементов проволоки указано в таблице 1.
Далее сварные заготовки подвергались термической обработке, которая включала в себя нагрев до температуры отжига 700°С, выдержку в течении 1 часа и последующее охлаждение на воздухе. Затем осуществлялась электронно-лучевая сварка.
Оценку временного сопротивления при одноосном статическом растяжении полученных сварных соединений проводили на крупногабаритных образцах с рабочим сечением 20×60 мм по ГОСТ 6996. Испытания на ударную вязкость проводились на образцах типа VI по ГОСТ 6996. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Как видно из таблицы 2 использование предлагаемого способа сварки позволяет повысить значения ударной вязкости (KCU) зоны термического влияния сварных соединений до 35 Дж/см2 и временного сопротивления сварных соединений до 1037 МПа.
Помимо этого данный способ позволяет изготавливать сварные соединения для крупногабаритных конструкций.
Предлагаемый способ электронно-лучевой сварки может быть использован для сварных соединений высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов применительно к крупногабаритным конструкциям судостроительного авиационного, космического и энергетического назначения.
Claims (1)
- Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных псевдо-β-титановых сплавов, включающий подготовку свариваемого соединения под сварку, сборку и сварку электронным лучом, отличающийся тем, что перед сваркой на кромки свариваемого соединения предварительно наплавляют металл, содержащий β-стабилизирующие элементы в количестве меньшем, чем количество β-стабилизирующих элементов в основном металле, и проводят термическую обработку свариваемого соединения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133943A RU2750229C1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020133943A RU2750229C1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2750229C1 true RU2750229C1 (ru) | 2021-06-24 |
Family
ID=76504907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020133943A RU2750229C1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750229C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU904937A1 (ru) * | 1980-01-08 | 1982-02-15 | Предприятие П/Я Р-6327 | Способ сварки плавлением высоколегированных высокопрочных титановых сплавов |
SU1106618A1 (ru) * | 1983-03-28 | 1984-08-07 | Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии | Способ изготовлени сварного корпуса резервуара |
SU1584264A3 (ru) * | 1988-09-27 | 1994-01-15 | НИИ технологии и организации производства двигателей | Способ электронно-лучевой сварки |
CN103084714A (zh) * | 2013-02-03 | 2013-05-08 | 梁建波 | 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法 |
RU2642218C1 (ru) * | 2017-02-02 | 2018-01-24 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ лазерной сварки продольного шва трубы (варианты) |
KR101894105B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2018-08-31 | 뵈스트알파인 스탈 게엠베하 | 응집성 접합을 위한 장치 및 방법 |
RU2732138C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-09-11 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ термической обработки сварных соединений термоупрочненного титанового сплава |
-
2020
- 2020-10-06 RU RU2020133943A patent/RU2750229C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU904937A1 (ru) * | 1980-01-08 | 1982-02-15 | Предприятие П/Я Р-6327 | Способ сварки плавлением высоколегированных высокопрочных титановых сплавов |
SU1106618A1 (ru) * | 1983-03-28 | 1984-08-07 | Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский институт прикладной биохимии | Способ изготовлени сварного корпуса резервуара |
SU1584264A3 (ru) * | 1988-09-27 | 1994-01-15 | НИИ технологии и организации производства двигателей | Способ электронно-лучевой сварки |
KR101894105B1 (ko) * | 2010-04-12 | 2018-08-31 | 뵈스트알파인 스탈 게엠베하 | 응집성 접합을 위한 장치 및 방법 |
CN103084714A (zh) * | 2013-02-03 | 2013-05-08 | 梁建波 | 一种钛合金与纯铝薄板的激光预处理填丝tig焊接方法 |
RU2642218C1 (ru) * | 2017-02-02 | 2018-01-24 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Способ лазерной сварки продольного шва трубы (варианты) |
RU2732138C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-09-11 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ термической обработки сварных соединений термоупрочненного титанового сплава |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
İpekoğlu et al. | Effects of temper condition and post weld heat treatment on the microstructure and mechanical properties of friction stir butt-welded AA7075 Al alloy plates | |
Ding et al. | Effect of post weld heat treatment on properties of variable polarity TIG welded AA2219 aluminium alloy joints | |
Jebaraj et al. | Mechanical and corrosion behaviour of aluminum alloy 5083 and its weldment for marine applications | |
RU2721977C1 (ru) | Проволока сварочная из титановых сплавов | |
Karthik et al. | Friction stir selective alloying | |
KR20210050546A (ko) | 내크리프성 티타늄 합금 | |
KR102574153B1 (ko) | 봉재 | |
Li et al. | Mechanism of reheat cracking in electron beam welded Ti2AlNb alloys | |
KR102248362B1 (ko) | 대형 링 단조한 7000계 알루미늄 합금 및 이의 시효처리 방법 | |
RU2750229C1 (ru) | Способ электронно-лучевой сварки высокопрочных титановых сплавов для изготовления крупногабаритных конструкций | |
Annin et al. | Effect of Mg and Cu on mechanical properties of high-strength welded joints of aluminum alloys obtained by laser welding | |
Akhonin et al. | Effect of pre-heating and post-weld local heat treatment on the microstructure and mechanical properties of low-cost β-titanium alloy welding joints, obtained by EBW | |
JPH0144773B2 (ru) | ||
Rao et al. | Effects of thermo-mechanical treatments on mechanical properties of AA2219 gas tungsten arc welds | |
Gupta et al. | Experimental investigation on microstructure and mechanical properties of laser-welded Nb-1% Zr-0.1% C alloy | |
RU2393258C2 (ru) | Сплав на основе титана | |
JP6536317B2 (ja) | α+β型チタン合金板およびその製造方法 | |
Thakare et al. | Effect of electron beam welding on microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy | |
RU2732138C1 (ru) | Способ термической обработки сварных соединений термоупрочненного титанового сплава | |
Xie et al. | Enhancing the ductility of Sn-Ag-Cu lead-free solder joints by addition of compliant intermetallics | |
JP3365190B2 (ja) | α+β型チタン合金溶接部材の後熱処理方法 | |
JP2002239722A (ja) | 溶接部の疲労強度に優れた鋼板の重ね隅肉溶接方法 | |
Anil Kumar et al. | Solution Treatment and Aging (STA) Study of Ti Alloy Ti5Al3Mo1. 5V | |
RU2721976C1 (ru) | Проволока сварочная из титановых сплавов | |
Shang et al. | Experimental Study on Welding Process of TC4 Titanium Alloy with Different Welding Wires |