【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接，具体涉及一种降低厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力的方法及应用。
技术介绍
1、钛合金具有比强度高、耐腐蚀和无磁性等特点，在舰艇船舶、航空航天及轨道交通等装备制造领域获得了广泛应用。α-β双相钛合金既具有α型钛合金良好的高温变形能力和热加工性，又兼具β型钛合金的热处理强化特点，从而具有优异的综合性能，是目前应用最广泛的钛合金。其中含有约6％的α相稳定元素al和约4％的β相稳定元素v的tc4(ti-6al-4v)是一种典型α-β双相钛合金，在钛合金中最具有应用代表性。
2、在深海装备制造领域对厚壁钛合金结构的应用需求越来越迫切，采用的钛合金材料厚度也逐步增加，从而使优质高效焊接工艺成为厚壁钛合金焊接结构安全服役的关键技术之一。窄间隙激光填丝焊ng-lwfw(narrow gap laser wire fillerwelding)兼具焊接热输入小、热影响区狭窄、能量可精准调控、焊接效率高等优点，同时填充焊丝的添加还可实现对焊缝烧损元素的补充，并可通过引入形核质点使焊缝组织细化，进一步提升焊接接头性能，而且厚壁钛合金焊接构件规格尺寸不受限制，可以实现大型厚壁钛合金结构件的优质高效连接。因此，窄间隙激光填丝焊接技术将成为实现大型钛合金厚壁结构工业应用的一种优质焊接方法。
3、但在窄间隙激光填丝焊接过程中，随着焊接道次的增加产生大量的热积累，焊接区域会反复经历复杂的升降温过程，焊接接头会产生残余应力。当焊接接头残余应力积累的足够高，会影响焊接接头的力学性能和疲劳性能进而威胁服役寿命。当
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接接头残余应力高的技术问题，而提供了一种降低厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力的方法及应用。
2、本专利技术的目的之一在于提供一种降低厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力的方法，所述方法按以下步骤进行：
3、步骤1：加工窄间隙坡口，并对待焊试板进行焊前真空热处理，然后进行表面预处理；
4、步骤2：将表面预处理后的待焊试板放入真空等温舱室保温；
5、步骤3：设置激光束、送丝管与焊缝的相对位置和焊接参数，激光束摆动方式为线性摆动，激光束扫描路径为初始层扫描路径与焊接方向夹角为0°，随后每一层扫描路径相对前一层旋转30°，启动焊接程序进行逐层逐道焊接。
6、进一步限定，步骤1中待焊试板厚≥60mm。
7、进一步限定步骤1中窄间隙坡口形状为y型或u型，坡口角度≤2°。
8、进一步限定，步骤1中焊前真空热处理程序：升温至900～950℃并保温1～2h，并以510～530℃/s的冷却速度冷却至450～500℃，随后在450～500℃保温3～4h，再以230～250℃/s速度冷却至室温。
9、进一步限定，步骤2中保温温度为250～300℃，保温时间≥20min。
10、进一步限定，步骤3中激光束垂直于焊缝表面，送丝管置于激光束的前端相对于激光束前倾35°～40°。
11、进一步限定，步骤3中采用tc4焊丝。
12、进一步限定，步骤3中激光功率为3.0～4.0kw，激光束离焦量为+10mm，激光束的摆动频率为150～180hz，送丝速度为0.6～0.8m/min，焊接速度为1.0～1.2m/min，光丝间距为0～2mm。
13、本专利技术的目的之二在于提供一种按上述方法获得的接头。
14、本专利技术的目的之三在于提供一种上述方法在舰艇船舶、航空航天及轨道交通领域厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊中的应用。
15、本专利技术相比于现有技术的优点：
16、本专利技术针对厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接接头残余应力过高的问题，通过预先将试板放入真空加热舱室保温采用线性摆动激光束周期性旋转技术以及将试板焊前热处理相结合综合降低厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力。具体优点如下：
17、(1)通过将试板放入真空加热等温舱室中，在真空等温室中可以实现焊丝和试板的预热，降低焊接过程熔池峰值温度，同时真空加热等温提高母材的基值温度，降低因为局部温差多大导致的热应力，同时真空环境下可以实现焊接过程的良好保护。
18、(2)通过线性摆动激光束周期性旋转改变层间激光束扫描矢量方向降低焊接过程单层多道焊产生的同向积累应力。
19、(3)通过将试板焊前热处理将母材的体心立方晶格转变为焊态密排六方晶格，避免因为组织结构的转变导致的相变应力。
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1.一种降低厚壁TC4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力的方法，其特征在于，所述方法：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中待焊试板厚≥60mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中窄间隙坡口形状为Y型或U型，坡口角度≤2°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中焊前真空热处理程序：升温至900～950℃并保温1～2h，随后以510～530℃/s的冷却速度冷却至450～500℃，并在450～500℃保温3～4h，再以230～250℃/s速度冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中保温温度为250～300℃，保温时间≥20min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中激光束垂直于焊缝表面，送丝管置于激光束的前端相对于激光束前倾35°～40°。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中采用TC4焊丝。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中激光功率为3.0～4.0kW，激光束离焦量为+10mm，激光
9.权利要求1-8任一项所述的方法获得的接头。
10.权利要求1-8任一项所述的方法在舰艇船舶、航空航天及轨道交通领域厚壁TC4钛合金窄间隙激光填丝焊中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种降低厚壁tc4钛合金窄间隙激光填丝焊接头残余应力的方法，其特征在于，所述方法：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中待焊试板厚≥60mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中窄间隙坡口形状为y型或u型，坡口角度≤2°。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中焊前真空热处理程序：升温至900～950℃并保温1～2h，随后以510～530℃/s的冷却速度冷却至450～500℃，并在450～500℃保温3～4h，再以230～250℃/s速度冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中保温温度为250～300℃，保温时间≥20min。
【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏博，黄瑞生，方乃文，孙徕博，秦建，邹吉鹏，路全彬，廖志谦，尹立孟，陈玉华，谢吉林，常云峰，曹浩，牛董山钰，
申请(专利权)人：中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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