一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法技术

本发明专利技术属于钛合金焊接技术领域，公开了一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，首先对待焊钛合金工件的坡口及其附近区域进行清理；然后对坡口表面使用手工TIG电弧进行摆动预热处理，使坡口表面温度为963℃～1668℃；待坡口表面温度随空气中冷却至室温后，进行常规焊接作业。本发明专利技术形成的组织与原预热形成的交错互锁的组织实现缠结，保留下来部分手工TIG摆动预热的组织特征，该组织特征实现了焊接接头热影响区位置冲击韧性的提升，有效解决了传统单一电子束焊、等离子焊、激光焊、窄间隙熔化极焊等焊接方法下，钛合金热影响区冲击韧性差的问题，使得高强度钛合金的焊接生产效率与热影响区冲击韧性得以兼顾。接生产效率与热影响区冲击韧性得以兼顾。接生产效率与热影响区冲击韧性得以兼顾。

【技术实现步骤摘要】
一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法


[0001]本专利技术属于钛合金焊接
，具体的说，是涉及一种改善和提升高强度钛合金焊接接头热影响区韧性的方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有熔点高、导热性差、高温下易氧化和吸收有害气体等特点，因此钛合金焊接性不高。目前国内外学者对于钛合金中厚板的焊接方法主要针对在等离子弧焊、电子束焊、窄间隙焊等。针对上述常用的钛合金焊接方法而言，学者们发现其焊接接头的冲击韧性普遍偏低，极大地限制了钛合金的应用场景，针对其冲击韧性差的特点，学者们展开了一系列的研究。
[0003]王金雪等人
[1]对TC18钛合金材料分别使用TIG(钨极氩弧焊)手工焊与电子束焊接的研究，结果发现，采用手工TIG焊接方法可以大大的提高焊接接头的冲击韧性。该方法解决了目前钛合金冲击韧性低的问题，但同时手工TIG焊热输入低，对于钛合金中厚板需要使用多层多道焊技术，大大的提高了钛合金的焊接周期，难以满足钛合金焊接领域的应用需求。
[0004]刘强等人
[2]对Ti
‑
6A1
‑
4V
‑
0.5Ni
‑
0.05Ru的钛合金石油管材采用热处理的方式发现，采用单级退火的方式，可以使钛合金以降低其自身强度的方式提高冲击韧性，且随着温度的升高，韧性提升也更加明显，即可以通过对于焊接接头进行焊后热处理的工艺实现冲击韧性的提升。但是对于大多数焊接场景，中厚尺寸的钛合金构件难以满足焊后热处理的条件，其操作复杂成本高。因此该方法的应用范围较窄，不具有通用性。
[0005]王青峰等人
[3]通过原料熔炼
‑
两相锻造
‑
保温处理
‑
轧制冷却的工艺过程开发了一种高冲击韧性的钛合金板材，其
‑
10℃的冲击韧性可达50J以上。但是该工艺仅针对于特殊的海绵钛板材，且工艺过程极其严苛与复杂，不能应用于焊接接头领域。
[0006]至此，对于大部分学者的研究成果可以看出，大多数学者虽然通过一些方式解决了钛合金焊接接头冲击韧性的问题，但目前这些解决方法均不具有普适性与经济性，难以广泛应用于钛合金焊接领域。
[0007]钛合金在航空航天、船舶、医疗、汽车等领域有着广泛应用，这些领域对于钛合金的需求越来越大，并且都需要具有较强的在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，所以，提高钛合金焊缝及热影响区的冲击韧性对于材料的应用场景非常重要。目前传统手工TIG焊的焊接接头冲击性能高，但该焊接方法根本满足不了上述如此庞大的应用需求。因此，设计一种既保留原有高效率的焊接方式，又解决该方式下钛合金焊缝及热影响区的冲击韧性变差的问题的焊接方法，对于未来钛合金的发展是十分重要的。
[0008][1]王金雪,袁鸿,余槐.TC18钛合金手工TIG焊与电子束焊焊接接头的组织与性能对比[J].焊接,2010(03):33
‑
35+69.
[0009][2]刘强,赵密锋,祝国川,李宁,谢俊峰,汪蓬勃,于洋,宋生印,尹成先.热处理对石油管材用Ti
‑
6Al
‑
4V
‑
0.5Ni
‑
0.05Ru钛合金组织和性能的影响[J].稀有金属材料与工程,
2021,50(07):2557
‑
2567.
[0010][3]王青峰,姚川,郭凯,孟康,缪顿,张传友,王天生.一种高冲击韧性的钛合金板材及其加工工艺[P].河北省：CN109468492B,2020
‑
07
‑
07.

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的是钛合金高效焊接过程中焊接接头热影响区存在的冲击韧性与效率难以兼容的技术问题，提供了一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，在保留原有高效率焊接方式的基础上，能够提升钛合金焊接接头热影响区的冲击韧性。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
[0013]本专利技术提供了一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，包括：
[0014](1)对待焊钛合金工件的坡口及其附近区域进行清理；
[0015](2)对坡口表面使用手工TIG电弧进行摆动预热处理，使坡口表面温度为963℃～1668℃；
[0016](3)坡口表面温度随空气中冷却至室温后，进行常规焊接作业。
[0017]进一步地，所述摆动预热处理为焊枪头沿坡口走向移动的同时在坡口表面连续摆动。
[0018]更进一步地，所述摆动预热处理的连续摆动路径为锯齿形连续摆动路径或圆弧形连续摆动路径。
[0019]更进一步地，所述锯齿形连续摆动路径的摆动预热处理适用于厚度大于等于10mm的钛合金工件，TIG电流为55～70A，电压为15～20V，摆速为5～12mm/s。
[0020]更进一步地，所述圆弧形连续摆动路径的摆动预热处理适用于厚度小于10mm的钛合金工件，TIG电流为55～65A，电压为16～20V，摆速为10～15mm/s。
[0021]进一步地，所述常规焊接作业为电子束焊、等离子焊、激光焊、窄间隙熔化极焊中的一种。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术提供了一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，在坡口表面先采用摆动预热处理，即通过摆动的手工TIG电弧将坡口加热到钛合金相变温度以上后再进行冷却，使焊接接头热影响区形成一层相互交错互锁的显微组织；接着再进行正常的等离子弧焊、激光焊、电子束焊、窄间隙TIG等高效焊接作业，该方法下形成的组织与原预热形成的交错互锁的组织实现缠结，保留下来部分手工TIG摆动预热的组织特征，该组织特征实现了焊接接头热影响区位置冲击韧性的提升，有效解决了传统单一电子束焊、等离子焊、激光焊、窄间隙熔化极焊等焊接方法下，钛合金热影响区冲击韧性差的问题，使得高强度钛合金的焊接生产效率与热影响区冲击韧性得以兼顾。同时，本专利技术的技术方案操作简单方便，可以兼容多种现有焊接方法，因而具有很强的普适性。
附图说明
[0024]图1为钛合金板材坡口摆动预热处理的连续摆动路径示意图；
[0025]其中，(a)为锯齿形连续摆动路径，(b)为圆弧形连续摆动路径；
[0026]图2为钛合金厚板I型坡口表面韧化处理示意图。
具体实施方式
[0027]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，以下将结合实施例与附图来详细说明。
[0028]传统的等离子弧焊、电子束焊、窄间隙TIG等单层单道或多层多道焊接方法，获得的钛合金接头冲击韧性都比较差，其具体原因为：等离子弧焊、窄间隙焊、电子束焊过程中焊缝大多一次快速成形，焊接过程中受热均匀而稳定，组织中所形成的片层状α及针状α'组织带有明显的方向性，这种组织特点导致裂纹会沿着平行于这些组织的方向很容易发生扩展，导致其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，其特征在于，包括：(1)对待焊钛合金工件的坡口及其附近区域进行清理；(2)对坡口表面使用手工TIG电弧进行摆动预热处理，使坡口表面温度为963℃～1668℃；(3)坡口表面温度随空气中冷却至室温后，进行常规焊接作业。2.根据权利要求1所述用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，其特征在于，所述摆动预热处理为焊枪头沿坡口走向移动的同时在坡口表面连续摆动。3.根据权利要求2所述用于改善钛合金焊接接头热影响区冲击韧性的方法，其特征在于，所述摆动预热处理的连续摆动路径为锯齿形连续摆动路径或圆弧形连续摆动路径。4.根据权利要求3所述用...

【专利技术属性】
技术研发人员：程方杰，冯靖，武少杰，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：