專利名稱：Tc18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，用于獲得連續可控的 TC18鈦合金厚板單面焊雙面成型接頭。
背景技術：
由于鈦合金的強度大，又具有較好的韌性和焊接性，鈦合金首先在航空工業中得到應用。主要用于制造重量輕、可靠性強的結構等。民用飛機中鈦結構的重量已占5%，軍用飛機則達25%以上。發動機上鈦合金的重量由8%增加到25%以上。推力/重量比克增加1倍左右。鈦及鈦合金具有良好的耐腐蝕性能，在氧化性、中性及有氯離子的介質中，其耐腐蝕性均由于不銹鋼，有時甚至超過lCrl8Ni9Ti不銹鋼的10倍。在化工、冶金、電鍍、造紙、農藥、造船、海水淡化、海洋工程和電站冷凝器等方面獲得成功的應用。隨著社會可持續性發展，人們對節能、降耗的要求不斷提高。高性能結構材料的制備和應用技術已成為國內外研究的熱點。而大部分高性能金屬結構材料的焊接性比傳統材料差得多。單獨的氬弧焊時，氬弧很容易出現左右搖擺的現象，尤其是當坡口比較深、角度大情況下，這主要是因為單獨的氬弧焊本身氬弧能量分散，一旦坡口加工出現不對稱偏差或弧長發生變化，則很容易產生磁偏吹，不能獲得連續、平穩的焊縫成型，為下一道的填絲造成困難，尤其對于打底焊縫，單獨氬弧焊的電弧力較弱，很難獲得熔透均勻的打底焊縫， 因此不能獲得穩定一致的焊接接頭，通常會導致焊接接頭的軟化、脆化、裂紋與變形等難以克服的實際問題，其焊接質量以及焊接成本與生產效率等問題日益突出。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝， 采用激光-氬弧復合熱源焊接工藝獲得了單面焊雙面成型接頭，實現了 TC18鈦合金材料的高效、優質焊接，焊接過程穩定、連續可控。為解決以上問題，本發明的具體技術方案如下一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟
1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；
2)對TC18鈦合金鍛件板材進行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60 士 2 ° ；當鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時，在距離底邊8 士 0. 2mm 處制備2士0.2mm寬的平臺，然后再向上開60士2°的坡口 ；
3)焊前準備3.1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現金屬光澤；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3. 3)經酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；3. 4)對合好對合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. Imm ；
4)焊接首先進行打底焊，然后進行填絲堆焊，直至完成整個接頭的焊接，在焊接過程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護熔池和焊縫根部的金屬，還要通過保護裝置通氬氣實現背面保護盒采用托罩通氬氣保護焊接接頭的已凝固的部分；
5)焊接完畢后，進行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時，爐冷至室溫，然后出爐。所述的TC18鈦合金的組成及組成質量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% Η、0· 15% Si、 0. 18% 0、0· 05% N 和 0. 3% 其他。激光-氬弧復合焊接優化參數如下
激光熱源輸出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氬弧熱源打底焊焊接電流1180 220A、填絲焊接電流2235 255A、打底焊鎢極伸長量18 10mm、填絲焊鎢極伸長量28 10mm、打底焊弧長12 3mm >打底焊弧長23 5mm >焊槍角度45° 50° ；其它激光與氬弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填絲速度15 -一 25mm/s>氬弧保護氣12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保護氣12 -一 15L/min
離焦量/F
-1 _2mm、該TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝采用上述工藝過程，可獲得單面焊雙面成型接頭，焊接后經X射線檢測表明，焊縫達到1級標準；力學性能測試結果表明，焊接接頭的拉伸強度平均在950MPa以上，平均沖擊強度高于65. 9J/cm2，達到母材的87. 5%以上； 疲勞性能在600MPa應力水平可達0. 7 1萬次，550MPa應力水平可達3 6萬次，500 MPa 應力水平可達7 12萬次.微觀組織分析表明，焊縫有上部粗大的柱狀晶合底部細小的等軸晶組成，熱影響區寬度為2mm 4mm。綜上所述，結果表明采用激光_氬弧復合熱源焊接工藝成功實現了 TC18鈦合金材料的高效、優質焊接，焊接過程穩定，連續可控。


圖1為鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接坡口結構示意圖。
具體實施例方式
一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟
1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；
2)如圖1所示，對TC18鈦合金鍛件板材進行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為
4垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60士2° ；當鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時，在距離底邊8士0.2mm處制備2士0.2mm寬的平臺，然后再向上開60士2°的坡口 ；
3)焊前準備要求待焊處沒有油污、水、銹蝕、氧化皮等污物，焊前要求對待焊區域進行嚴格的清理3. 1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現金屬光澤；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3. 3)經酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；3. 4)對合好對合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. Imm ；
4)焊接首先進行打底焊，然后進行填絲堆焊，直至完成整個接頭的焊接；鈦合金焊接的特點首先是必須給焊接接頭提供良好的氬氣保護環境，由于鈦合金加熱到400 500°C以上時，即與空氣中的氧和水蒸氣積極作用，嚴重影響鈦合金焊接結構的質量和性能，因此在焊接過程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護熔池和焊縫根部的金屬，還要通過保護裝置通氬氣實現背面保護盒采用托罩通氬氣保護焊接接頭的已凝固的部分。5)焊接完畢后，進行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時，爐冷至室溫，然后出爐。所述的TC18鈦合金的組成及組成質量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% Η、0· 15% Si、 0. 18% 0、0· 05% N 和 0. 3% 其他。激光-氬弧復合焊接優化參數如下
激光熱源輸出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氬弧熱源打底焊焊接電流1180 220A、填絲焊接電流2235 255A、打底焊鎢極伸長量18 10mm、填絲焊鎢極伸長量28 10mm、打底焊弧長12 3mm >打底焊弧長23 5mm >焊槍角度45° 50° ；其它激光與氬弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填絲速度15 -一 25mm/s>氬弧保護氣12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保護氣12 -一 15L/min
離焦量/F
-1 _2mm、 當采用激光-氬弧復合熱源焊接時，由于激光的存在，在激光作用點處會產生大量的金屬蒸汽，能夠為氬弧的穩定燃燒提供導電通道，降低氬弧燃燒的電阻，根據最小電壓原理，電弧將依附于激光斑點處，顯著的提高了電弧的穩定性，另外激光對電弧的吸引和壓縮將提高電弧的能量密度，對于打底焊來說，激光的沖擊力以及電弧能量密度的提高都能為獲得熔透連續的打底焊縫提供了條件，并且能夠提高焊絲的熔化效率。
權利要求
1.一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm 18mm之間；2)對TC18鈦合金鍛件板材進行坡口加工，板材距離底面1.8士0. 2mm處為垂直邊，兩鍛件板材的坡口角度為60 士 2 ° ；當鍛件板材厚度在8mm 18mm之間時，在距離底邊8 士 0. 2mm 處制備2士0.2mm寬的平臺，然后再向上開60士2°的坡口 ；3)焊前準備1)采用不銹鋼絲刷打磨待焊處，至出現金屬光澤；2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接頭處，直至白布不變色；3)經酸洗和除氫處理的焊絲在焊前應用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不變色；4)對合好對合接頭，不留間隙；局部間隙不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. 1mm，局部錯邊量不大于0. Imm ；4)焊接首先進行打底焊，然后進行填絲堆焊，直至完成整個接頭的焊接，在焊接過程中，不僅需要在焊槍中通氬氣保護熔池和焊縫根部的金屬，還要通過保護裝置通氬氣實現背面保護盒采用托罩通氬氣保護焊接接頭的已凝固的部分；5)焊接完畢后，進行溫度為700°C的真空熱處理，保溫1小時，爐冷至室溫，然后出爐。
2.如權利要求1所述的TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于所述的TC18鈦合金的組成及組成質量百分比為4. 4 5. 7% Al,4. 0 5. 5% Mo,4. 0 5. 5% V、0. 5 1. 5% Cr、0. 5 1. 5% Fe、0. 1% C、0. 3% Zr、0. 015% H、0. 15% Si、0. 18% 0、0. 05% N 和0. 3%其他。
3.如權利要求1或2所述的TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于激光-氬弧復合焊接優化參數如下激光熱源 輸出平均功率/P 400W、離焦量/F -1 _2mm、焦距/f 150mm/100mm ；直流氬弧熱源 打底焊焊接電流1 180 220A、 填絲焊接電流2 235 255A、打底焊鎢極伸長量18 10mm、 填絲焊鎢極伸長量2 8 10mm、打底焊弧長1 2 3mm、 打底焊弧長2 3 5mm、焊槍角度 45° 50° ；其它激光與氬弧位置 1 2mm、 焊接速度 300 500mm/min填絲速度 15 25mm/s、氬弧保護氣 12 15L/min、正面托罩 8 10L/min、背面保護氣 12 15L/min。
全文摘要
本發明涉及一種TC18鈦合金激光-氬弧復合熱源焊接工藝，其特征在于如下步驟1)被焊接的TC18鈦合金鍛件板材厚度在7mm～18mm之間；2)加工坡口；3)焊前準備；4)焊接；5)焊接完畢后，進行溫度為700℃的真空熱處理，保溫1小時，爐冷至室溫，然后出爐。采用激光-氬弧復合熱源焊接工藝獲得了單面焊雙面成型接頭，實現了TC18鈦合金材料的高效、優質焊接，焊接過程穩定、連續可控。
文檔編號B23K33/00GK102225485SQ201110151139
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者依龍, 朱麗, 楊磊 申請人:沈陽飛機工業(集團)有限公司