[发明专利]钛合金焊接过程细化焊缝组织提高焊缝塑性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钛合金焊接过程中细化焊缝组织提高焊缝塑性的方法。

背景技术

钛合金是当今最重要的航空结构材料之一，这些合金自身具有较高的强度、塑性和韧性，完全可以满足飞机结构的设计和使用要求。但是，随着飞机减重需求的进一步突显，许多钛合金结构件希望采用焊接结构；另外，一些结构由于尺寸或形状原因，直接采用锻造、铸造和机加工工艺制造的难度很大，也希望采用焊接技术。因此钛合金，尤其是某些中高强度钛合金的焊接性能问题变得至关重要。不少性能优良的钛合金经过焊接热循环和一系列冶金变化，焊缝的性能损失严重。虽然经过一定的焊后热处理，仍难以恢复至母材或合用的水平。这使钛合金的推广应用受到很大的限制。

对于许多钛合金焊接而言，普遍存在的一个突出问题是焊缝塑性降低严重。造成钛合金焊缝塑性降低的一个重要原因就是焊缝初始β晶粒粗大，且往往以柱状晶的形式贯穿焊缝的大部分厚度。钛合金焊接造成的粗大晶粒和晶内针状结构，很难通过焊后热处理改变。为控制钛合金焊缝凝固过程、细化初始β晶粒，人们提出了多种工艺，但效果仍不够理想。如采用低热输入的高能束焊，虽能细化初始β晶粒，但因晶内针状结构过于细密，塑性改善并不明显。电磁搅拌作为一种细化焊缝晶粒的工艺，在铝合金、钢的焊接方面取得了成功的应用，但用于钛合金焊接，仍未取得明显效果。通过焊丝向熔池中填加Y元素进行变质处理，可以收到细化晶粒、防止热裂纹的效果，但焊缝强度提高，塑性有所降低，进一步的研究表明，添加Y不能阻止晶粒从焊缝界面的联生生长，晶粒细化仅局限于焊缝中心。

发明内容

本发明的目的是提供一种减轻钛合金焊接过程中焊缝塑性降低的钛合金焊接过程细化焊缝组织提高焊缝塑性的方法。本发明的技术解决方案是，在焊枪后方通过一粉末填加装置向熔池后半部填加钛合金粉末或其他性质的粉末，其具体步骤是，

1)根据待焊工件的材料性质，确定焊接时填加粉末的材质，可以是同质也可以是异质，以所填加粉末熔点略高于待焊材料熔点为宜；

2)采用旋转电极法或雾化法制备粒度范围在-40目～+80目的粉末；

3)根据试板厚度确定焊接电流、焊接速度和送粉速度，送粉速度范围为1.0g/min～8.0g/min；

4)通过拖罩-粉末出口调节器，调节粉末出口的角度、宽度、高度及其与钨极的距离，粉末出口与水平方向夹角为25°～45°、粉末出口宽度与熔池宽度相适应，为5mm～10mm，粉末出口下缘高出焊件2mm～6mm，粉末出口下端前缘位于钨极轴线后方5mm～10mm；

5)送粉采用气载非接触式方式，根据送粉速度确定送粉托盘电机转速，根据粉末粒度和比重确定载粉氩气流量；

6)焊接时采用先送载粉氩气-再送粉-后引弧的方式启动焊接，通过拖罩-粉末出口调节器将粉末由焊枪后方以25°～45°的角度和以待焊件上表面为基准2mm～6mm的高度送入焊接熔池的后半部分；焊接结束时，以先停止送粉-再停止送载粉氩气-最后熄弧的方式结束焊接。