[发明专利]一种ER‑Ti43钛合金焊丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ER-Ti43钛合金焊丝及其制备方法，用于氩弧焊接、等离子焊接、激光焊接等焊接过程技术领域。

本发明采用新的合金配方，通过加入特定成分的铝、钒、铁等合金元素，在保证强度的基础上，使焊缝的韧性得到提高，具有良好的焊接性能。本发明的ER-Ti43钛合金焊丝Ti-43，TA18、TC4等钛合金材料的焊接。

背景技术

钛合金是航空航天、海洋工程、石油化工等领域的重要材料，同时也是体育行业理想的结构材料。目前钛合金的牌号有100多种，建造各种类型的钛合金结构需要首先解决焊接问题，最主要的焊缝性能指标有抗拉强度、弯曲角、塑韧性、疲劳性能等等，一般而言，不同的钛合金需要配备相应的焊丝才能满足使用要求。

钛合金是一种活性金属，常用的焊接方法有氩弧焊、等离子焊接、激光焊、钎焊、扩散焊、电阻焊等，其中前面三种属于熔焊方法，焊接时一般需要添加焊丝。钛焊缝的性能与焊丝有直接关系，焊丝、焊接方法及保护气氛共同决定了钛焊缝的力学性能。

钛及钛合金的焊接的主要问题主要表现在如下几个方面：

1)容易产生气孔。氢是形成气孔的重要原因，在焊接时由于钛吸收氢的能力很强，而随着温度的下降氢的溶解度显著下降，所以溶解于液态金属中的氢往往来不及逸出形成气孔。焊接过程的氢的来源主要与焊丝的氢含量、保护气氛中的氢、钛材表面的油污等污物的污染等因素有关。

2)接头的脆化。焊接过程中，钛在高温下会与氢、氧、氮发生反应，焊接熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化。在焊接热影响区，特别是相变点882℃以上，接头晶粒严重粗大化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面都应进行全面可靠的气体保护。这是保证钛及其合金焊接质量的关键。

3)延迟裂纹。在焊后一段时间内，钛及其合金的近缝区很容易产生裂纹，这是由氢从高温熔池向低温热影响区的扩散引起的。随着氢含量的增加，析出的钛氢化合物增加，热影响区脆性增大，再加上析出的氢化物体积膨胀时产生的组织应力，导致裂纹的产生。

4)焊缝的疲劳性能下降。焊接过程中，由于焊缝组织的变化，由轧制态变为铸态，会严重影响结构的疲劳性能。

由此可见，为了获得性能优良的焊缝，针对不同的合金牌号，需要开发相应的焊丝。焊丝的主要合金元素含量的多少决定了焊接接头的基本力学性能，氢、氧等气体杂质的有效控制可以使焊缝具有更高的抗裂能力及更好的疲劳性能。

Ti-43是一种新型的可冷轧的钛合金，可以轧制成板材、管材及棒材，合金的名义成分为Ti-4Al-3V-0.6Fe，此合金的抗拉强度≥810Mpa，屈服极限≥680Mpa，延伸率≥14％。此合金的强度较高，塑性较低，对焊接工艺的要求要远高于工业纯钛。但目前还没有Ti-43合金的配套焊丝，给Ti-43得推广应用造成了很大障碍。

本发明针对Ti-43合金的特点，研制了相应的焊接材料，使焊接接头达到了强度及韧性的合理匹配。同时Ti43还可用于TC4低配焊材或者TA18高配焊材，也可用于同等强度级别的钛合金焊接。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，发明的ER-Ti43钛合金焊丝不仅能满足Ti-43合金的强度要求，而且其用于焊缝时，接头系数达到了0.9。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝，包括以下原料：海绵钛、A钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金中钒的含量大于等于60％。

进一步地，包括以下质量份数的原料：海绵钛、钒铝合金3-6份、纯Al 1-4份和纯Fe 0.1-2份。

进一步地，所述海绵钛为0级海绵钛，且所述海绵钛中氢的质量分数小于等于0.003％。

本发明提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：

混料：将钒铝合金、纯Al以及纯Fe加入海绵钛中后在混布料机上进行混合得到混合料；

自耗电极的生成：将混合料放入模具中压制成电极块，然后将电极块焊接成自耗电极；

钛合金锭的制备：将所述的自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到一次铸锭；将一次铸锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到钛合金锭；

棒材的制备：将所述的钛合金锭依次经过加热、保温、开坯锻造后得到方坯，所述的方坯经过修整、加热锻造后得到棒材；