一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法技术

一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法。它涉及一种钛基复合材料的焊接方法。它解决了目前钎焊只适合大尺寸及结构简单的构件、钎料熔点低，以及现有TIG焊接无法保持焊接处增强相仍呈现网状结构分布、接头性能低的问题。焊接方法：一、母材抛光和清洗；二、通入保护气、焊接电源预热；三、TIG焊接；四、焊接后通入保护气。本发明专利技术采用无焊丝TIG焊接网状结构钛基复合材料，回避了网状结构钛基复合材料焊丝难以制备的技术难题，解决了采用钛合金焊丝焊接接头处呈钛合金接头，因而降低接头处力学性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法
本专利技术涉及一种网状结构钛基复合材料的焊接方法。
技术介绍
钛基复合材料(TMCs)较钛合金具有诸多优异的力学性能可广泛应用于航空航天工业中，特别是网状结构的TiBw/TC4复合材料(ZL200810136852.8)不仅具有钛基复合材料高比刚度、高比强度、高耐磨性，而且较均匀结构TiBw/TC4复合材料具有更高的室温与高温强度、更高的高温抗蠕变性能、弹性模量、更高的塑形及成形能力。因此，网状结构的TiBw/TC4复合材料具有广泛的应用前景，这也让网状结构TiBw/TC4复合材料焊接技术显得尤为重要。采用钎焊可成功焊接网状结构的TiBw/TC4复合材料(专利201310137981.x，201310150024.0)，并且取得较为优异的焊接效果，但是钎焊方法只适合大尺寸及结构简单的构件，对于复杂结构件、特别是薄壁件难以实现焊接，且由于钎料熔点较低，对于焊后构件在高温下的应用非常不利。采用传统的钨极氩弧焊(TIG)焊接可对钛合金进行有效的焊接，上海交通大学曾尝试采用TIG对增强相均匀分布的轧制态(TiB+La2O3)/Ti复合材料进行焊接，由于无需控制增强相分布，因此与钛合金焊接技术相比基本没有区别。但是，目前TIG焊接不适用于网状结构钛基复合材料的焊接，因为在焊接处无法保持增强相仍呈现网状结构分布，而且接头性能也低于网状结构钛基复合材料，在后期使用过程中容易发生断裂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前钎焊只适合大尺寸及结构简单的构件、钎料熔点低，以及现有TIG焊接无法保持焊接处增强相仍呈现网状结构分布、接头性能低的问题，而提供的一种网状结构钛基复合材料的TIG焊接方法。本专利技术网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法按以下步骤进行：一、将网状结构钛基复合材料抛光和清洗，然后紧靠在一起、固定于焊接平台上；二、焊接前向焊接密封箱中通入保护气、焊接电源预热；三、将固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料加热至500～700℃，然后进行TIG焊接，电弧长度为15～20mm，焊接电流为70～110A，焊接速度为120～210mm/min，保护气流量为8～10L/min；四、TIG焊接后对固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料继续加热的同时继续通入保护气5～6min，保护气流量为15～20L/min，即完成网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接；其中，步骤四中网状结构钛基复合材料的温度由TIG焊接后的500～700℃逐渐降低至室温，降温过程持续5～6min。本专利技术中网状结构钛基复合材料即增强相准连续网状分布的钛基复合材料。本专利技术方法适合各种形状、结构网状结构钛基复合材料构件的焊接。本专利技术采用无焊丝TIG焊接网状结构钛基复合材料，回避了网状结构钛基复合材料焊丝难以制备的技术难题，解决了采用钛合金焊丝焊接接头处呈钛合金接头，因而降低接头处力学性能的问题。本专利技术方法在焊接过程中对焊接构件施加辅助加热，不仅降低焊接热输入；并能够降低焊缝熔区冷却速度，因此焊接后焊缝处仍处于母材局部融化状态，在随后的降温过程中通过基体组织形核长大的推挤效应，使得增强相呈网状分布，获得力学性能高于网状结构钛基复合材料母材的焊接接头。本专利技术方法通过辅助加热温度、焊接电流与焊接速度的配合，避免了熔焊过程中熔区内增强相呈均匀分布的问题，相反由于焊接过程中电弧稳定，熔池波动不大，无钛合金焊丝引入，辅助加热降低熔区凝固速度，通过基体组织形核长大对TiB晶须产生推挤作用，形成微小网状结构，这种网状结构对于焊接接头力学性能是非常有利的。本专利技术方法熔区内无宏观焊接缺陷，熔区与热影响区结合良好，熔区与热影响区及母材厚度完全一致，保持一平面无需后续修复(如图1所示)。而且，焊接接头处增强相呈微小网状分布(如图3所示)。由于网状结构的保持、网状尺寸的减小、基体组织的改变，获得了室温屈服强度及高温强度均高于母材网状结构钛基复合材料的焊接接头。附图说明图1是焊接后接头处横截面宏观金相照片，图1中接头被分为三个区域：母材，热影响区及熔区。图2是网状结构TiBw/TC4复合材料500倍扫描电镜照片；其中网状结构大小为200μm，TiB晶须分布在网状结构周围起钉扎作用，网内为TC4钛合金等轴α相与相间残余β相平衡组织。图3是网状结构钛基复合材料焊接后接头熔区1000倍扫描电镜照片；焊接接头处微型网状结构尺寸为20～30μm，TiB晶须分布在网状结构周围。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法按以下步骤进行：一、将网状结构钛基复合材料抛光和清洗，然后紧靠在一起、固定于焊接平台上；二、焊接前向焊接密封箱中通入保护气、焊接电源预热；三、将固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料加热至500～700℃，然后进行TIG焊接，电弧长度为15～20mm，焊接电流为70～110A，焊接速度为120～210mm/min，保护气流量为8～10L/min；四、TIG焊接后对固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料继续加热的同时继续通入保护气5～6min，保护气流量为15～20L/min，即完成网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接；其中，步骤四中网状结构钛基复合材料的温度由TIG焊接后的500～700℃逐渐降低至室温，降温过程持续5～6min。本实施方式方法步骤四对固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料继续加热，使增强相可以在较长的冷却时间内借助基体组织形核长大被推挤到基体颗粒周围呈网状分布。本实施方式方法通过辅助加热温度、焊接电流与焊接速度的配合，避免了熔焊过程中熔区内增强相呈均匀分布，相反由于焊接过程中电弧稳定，熔池波动不大，无钛合金焊丝引入，辅助加热降低了熔区的凝固速度，通过基体组织形核长大对增强相晶须产生推挤作用，形成微小网状结构，增强了焊接接头力学性能。试验发现随着辅助加热温度的增加、焊接电流的降低，焊接接头处增强相网状尺寸变大。随着焊接速度的降低，增强相的网状尺寸增加。在焊接与辅助加热参数一定的情况下，随着增强相含量的增加，增强相的网状尺寸减小。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一网状结构钛基复合材料中增强相体积分数为2％～10％。其它步骤及参数与实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤一网状结构钛基复合材料中增强相网状尺寸为50～200μm。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：步骤一网状结构钛基复合材料为网状结构TiBw/TC4复合材料。其它步骤及参数与实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：步骤一中网状结构钛基复合材料焊接处厚度≤5mm。其它步骤及参数与实施方式一至四之一相同。本专利技术可以焊接不同形状的型材，由于无焊丝添加所以焊接部单侧厚度建议不超过5mm。这个专利技术除了板材，还可以是其它型材，如管材、其他形状，但是由于无焊丝添加，所以局部厚度不超过5mm。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：步骤二中焊接前向焊接密封箱中通入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法按以下步骤进行：一、将网状结构钛基复合材料抛光和清洗，然后紧靠在一起、固定于焊接平台上；二、焊接前向焊接密封箱中通入保护气、焊接电源预热；三、将固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料加热至500～700℃，然后进行TIG焊接，电弧长度为15～20mm，焊接电流为70～110A，焊接速度为120～210mm/min，保护气流量为8～10L/min；四、TIG焊接后对固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料继续加热的同时继续通入保护气5～6min，保护气流量为15～20L/min，即完成网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接；其中，步骤四中网状结构钛基复合材料的温度由TIG焊接后的500～700℃逐渐降低至室温，降温过程持续5～6min。

【技术特征摘要】
1.一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法，其特征在于网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法按以下步骤进行：一、将网状结构钛基复合材料抛光和清洗，然后紧靠在一起、固定于焊接平台上；二、焊接前向焊接密封箱中通入保护气、焊接电源预热；三、将固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料加热至500～700℃，然后进行TIG焊接，电弧长度为15～20mm，焊接电流为70～110A，焊接速度为120～210mm/min，保护气流量为8～10L/min；四、TIG焊接后对固定于焊接平台上的网状结构钛基复合材料继续加热的同时继续通入保护气5～6min，保护气流量为15～20L/min，即完成网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接；其中，步骤四中网状结构钛基复合材料的温度由TIG焊接后的500～700℃逐渐降低至室温，降温过程持续5～6min；步骤一中网状结构钛基复合材料焊接处厚度≤5mm。2.根据权利要求1所述的一种网状结构钛基复合材料的钨极氩弧焊焊接方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄陆军，段天博，耿林，柏久阳，林三宝，郜雅楠，崔喜平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23