[发明专利]一种环形曲面钛合金工件及其焊接方法

说明书

本发明一种环形曲面钛合金工件及其焊接方法，焊接方法包括以下步骤，步骤1，根据工件成型时拉力的方向，计算在成型工件上与成型拉力方向不垂直的斜焊缝角度α；步骤2，根据成型工件的尺寸和斜焊缝角度α，确定平板下料毛坯的尺寸，并进行下料制成下料毛坯；步骤3，将下料毛坯焊接形成焊接筒体，在焊接过程中时不添加焊丝；步骤4，对斜焊缝进行焊后热处理，完成焊接。通过将焊缝设计为斜焊缝时成型的拉力分解在了平行焊缝和垂直焊缝两个方向上，减小了焊缝垂直方向的载荷，保持了焊缝表面的完整性，表面的粗糙度小，裂纹敏感性低，防止拉深量大的环形曲面钛合金钣焊件焊缝冷成形开裂的问题。

技术领域

本发明属于钣金焊接技术领域，具体属于一种环形曲面钛合金工件及其焊接方法。

背景技术

钛及钛合金具有比重量轻、比强度高、耐高温、抗腐蚀等优异的性能，且其工作温度范围较宽、焊接性能良好，因此在航空工业中得到了广泛的应用。由于钛合金钣焊件的实用性及经济性，在非重要承载部件中常被采用。对于结构简单的直筒、锥筒类钣焊件来说，焊缝不承受成型载荷，或承受的成型载荷非常小，不足以将焊缝拉裂，但对于结构复杂拉深量大的曲面钣焊件来说，由于冷成型时的拉深量大，变形量达到极限时，会从最薄弱的部位开裂，而焊缝抗拉强度往往较原始材料低，尤其焊缝与成型时所受的拉力垂直时，焊缝承受的拉力最大，将成为最初的开裂部位。

并且焊缝表面在焊后经常需要修磨，尤其一些精密成型件或流道类零件，图纸上常会明确要求将焊缝打磨与主体齐平，此时焊缝的厚度与基体的厚度相同，成型时若要开裂，必然从焊缝处先开裂。一般焊缝打磨后粗糙度也很难达到较高的水平，往往粗糙度不及基体，对于钛合金件来说，其对表面的粗糙度敏感性大，表面粗糙度大时成型时很容易诱发裂纹，进而开裂。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种环形曲面钛合金工件及其焊接方法，减小了焊缝垂直方向的载荷，避免了在较低拉应力状态下焊缝的开裂问题，操作简单，焊接质量高，增大了焊接效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环形曲面钛合金工件的焊接方法，包括以下步骤，

步骤1，根据工件成型时拉力的方向，计算在成型工件上与成型拉力方向不垂直的斜焊缝角度α；

步骤2，根据成型工件的尺寸和斜焊缝角度α，确定平板下料毛坯的尺寸，并进行下料制成下料毛坯；

步骤3，将下料毛坯焊接形成焊接筒体，在焊接过程中时不添加焊丝；

步骤4，对斜焊缝进行焊后热处理，完成焊接。

优选的，步骤1中，所述斜焊缝角度α依据下式计算：

α＝arcsin(k×σ_b×δ×L/F)；

式中，F为成型力，δ为工件材料厚度，σ_b为工件材料抗拉强度，L为焊缝的长度，k为焊缝的抗拉强度系数。

优选的，步骤2中，采用激光下料进行下料毛坯的加工。

优选的，步骤2中，所述下料毛坯不少于两个，若干个下料毛坯合围焊接形成焊接筒体。

优选的，步骤3中，在对下料毛坯焊接前，对下料毛坯首先进行酸洗，下料毛坯的接头部位依次进行去重熔层、打光和装配后，再进行焊接。

优选的，步骤3中，采用自动氩弧焊进行焊接，将下料毛坯焊接形成焊接筒体。

优选的，步骤4中，所述焊后热处理方式选用真空退火。

优选的，所述斜焊缝的抗拉强度不小于成型工件母材抗拉强度的85％。

优选的，所述焊接筒体加工为成型工件的成型方式为冲压成型。