[发明专利]一种TA15和Ti60异种钛合金材料的电子束焊接方法

说明书

本发明提供了一种TA15和Ti60异种钛合金材料的电子束焊接方法，包括：将待焊接工件的对接接头固定并将所述对接接头置于真空环境中；定位焊，定位焊的参数为：每段焊缝的长度20～25mm，工作距离400mm，加速电压50～60kV，聚焦电流表面焦+(0.01～0.03)A，电子束流10～25mA，焊接速度600～800mm/min；正式焊接，正式焊接的参数为：工作距离400mm，加速电压50～60kV，聚焦电流表面焦(‑0.01～+0.02)A，电子束流40～85mA，焊接速度600～800mm/min；修饰焊接，修饰焊接的参数为：工作距离400mm，加速电压50～60kV，聚焦电流表面焦+(0.02～0.04)A，电子束流30～50mA，焊接速度600～800mm/min；真空冷却，焊后清理。本发明焊接所形成的焊缝接头连续、均匀，成形良好，无气孔和裂纹等缺陷，焊缝的力学性能优异。

技术领域

本发明属于电子束焊接技术领域，特别涉及一种TA15和Ti60异种钛合金材料的电子束焊接方法。

背景技术

随着我国航空航天工业的高速发展，对飞行器的技术指标要求越来越高，这对结构材料的综合性能要求越来越高。钛合金因具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的热强性和焊接性而成为航天领域一种重要的结构材料。其中，Ti60是北京航空材料研究院研制的新型600℃高温钛合金，属于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si近α型体系。该合金在600℃温度下具有优异的蠕变抗力、疲劳强度和损伤容限性能，适用于制造先进航航天飞行器600℃以下服役的热端部件。TA15钛合金为Ti-Al-Zr-Mo-V系合金，为高Al当量的近α型钛合金。它采用固溶强化的方式，在加入α稳定元素Al的同时，也加入了少量的中性元素Zr和β稳定元素Mo和V。该合金具有中等的室温和高温强度，良好的热稳定性和焊接性能。

在航天产品实际生产中，根据同一部件不同部位服役环境、承受的温度和要求的力学性能的差异，越来越多地出现要将TA15与Ti60钛合金焊接在一起的需求，达到在不降低产品性能的情况下降低生产成本，这就涉及到异种钛合金材料的焊接。由于TA15和Ti60钛合金合金成分与含量不同，相应的物理性能参数存在差异，焊接时易出现冷裂纹等缺陷，焊接难度较大。

目前，对于异种钛合金的焊接方法主要有氩弧焊、激光焊等方法。这些方法均存在一些不足之处。氩弧焊热输入大，焊接过程构件变形大，容易在焊缝内形成大量裂纹，同时焊接过程中焊缝及热影响区组织受热严重，导致晶粒和内部强化相粗化明显，降低焊缝力学性能。激光焊接方法优点很多，包括热输入量集中、热影响区小、焊接速度快、焊接效率高、焊后变形小等优点。但激光焊接钛合金时合金表面易发生氧化行为，导致气孔、氧化物等缺陷的形成，降低材料韧性。同时受激光器功率的限制难以实现大厚度钛合金材料的焊接。因此，开发一种更加有效的焊接异种钛合金的方法是十分迫切的。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种TA15和Ti60异种钛合金材料的电子束焊接方法，所形成的焊缝具有良好的外观质量和内部质量，焊缝接头连续、均匀，内部无裂纹和未焊透等缺陷，焊接质量达到GJB 1718A-2005《电子束焊接》标准I级焊缝要求，焊缝的力学性能优异，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种TA15和Ti60异种钛合金材料的电子束焊接方法，包括如下步骤：

步骤(1)，将待焊接工件的对接接头固定并将所述对接接头置于真空环境中，所述待焊接工件为TA15和Ti60异种钛合金材料；

步骤(2)，采用电子束对所述待焊接工件的对接接头进行定位焊；定位焊的参数为：每段焊缝的长度20～25mm，工作距离400mm，加速电压50～60kV，聚焦电流表面焦+(0.01～0.03)A，电子束流10～25mA，焊接速度600～800mm/min；