一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，由以下质量百分比的成分组成：Al?1.5%～1.8%，Nb?10%～11.5%，Fe≤0.10%，Si≤0.05%，C≤0.08%，N≤0.04%，H≤0.006%，O≤0.12%，余量为Ti。本发明焊丝与钛铝铌合金焊接后形成的熔敷金属具有优异的强塑性匹配，其在温度为77K条件下的抗拉强度为1100MPa～1300MPa，屈服强度不低于950MPa，延伸率不低于22%，焊接结构具有良好的综合性能，具有广泛的推广价值和应用空间。
【专利说明】一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接材料【技术领域】，具体涉及一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝。
【背景技术】
[0002]随着我国航天、航空、化工、医药等行业的迅速发展，在低温下具有高强度、优异冲击韧性和抗缺口敏感性、热导率低、无磁等特点的钛合金成为低温结构材料的首选，可作为宇航、超导等领域中的一种重要的低温工程材料来使用。工程材料在结构应用中不可避免需要采用焊接方式来完成母材的连接，同时焊接结构的综合性能是决定构件安全可靠性的一个重要因素。而焊接结构的性能又受焊接成分、焊接方式和焊接工艺等因素的影响，因此，对特定成分的金属材料需要采用特定成分的焊丝来确保焊缝质量及焊接结构的可靠。
[0003]用于77K低温环境的钛铝铌合金由以下质量百分比的成分组成:A12.0%~3.5%，Nbl2%~16%，余量为Ti和不可避免的杂质。该合金主要用于制造航天、超导、兵器等各行业中液氮的压力元件、承压容器、生物器件以及相应的导流系统和管路等，是国防及民用生产运输的关键材料。钛铝铌合金作为一种替代传统低温使用的T1-5Al-2.5Sn、Ti_6Al_4V钛合金的新型两相钛合金，因添加了大量Nb元素，致使其室温冷加工性能优异，但由于其使用背景涉及航天航空等高科技领域，相关报道资料较少，针对该合金涉及的专用焊丝，目前国内尚未见相关报道。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝。该焊丝与钛铝铌合金焊接后形成的熔敷金属在77K低温条件下的抗拉强度为110010^~130010^，屈服强度不低于95010^，延伸率不低于22%，该焊丝用于钛铝铌合金的焊接后得到的焊接结构具有良好的综合性能，具有广泛的推广价值和应用空间。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.5%~1.8%，Nbl0%~11.5%，Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%,余量为 Ti ;所述低温高强钛铝铌合金专用焊丝是指该焊丝与钛铝铌合金焊接后形成的熔敷金属在温度为77K条件下的抗拉强度为IlOOMPa~1300MPa，屈服强度不低于950MPa，延伸率不低于22%，所述钛铝铌合金由以下质量百分比的成分组成:A12.0%~3.5%，Nbl2%~16%，余量为Ti和不可避免的杂质。
[0006]上述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Α11.5%, Nb 10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量为Ti。
[0007]上述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.8%, Nbll.8%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量为Ti。[0008]上述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Α11.6%, Nb 11%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量为Ti。
[0009]上述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.6%, Nbl0.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%,O≤0.12%，余量为Ti。
[0010]本发明钛铝铌合金专用焊丝的制备方法为:
[0011]步骤一、将海绵钛、Al粉和T1-Nb中间合金颗粒按质量百分比均匀混合，然后在油压机上压制成块状电极；
[0012]步骤二、将数块电极采用等离子焊接成长条状，然后在真空自耗电弧炉中进行二至三次熔炼，得到铸锭；
[0013]步骤三、切除铸锭的冒口并剔除铸锭的表面缺陷，然后在温度为1040°C~1210°C的条件下对铸锭进行开坯锻造；
[0014]步骤四、在温度为890°C~1010°C的条件下将开坯锻造后的铸锭在自由锻设备上进行自由锻造，得到粗棒；
[0015]步骤五、在温度为890°C~960°C的条件下将锻造后的粗棒热轧为规格为Φ8πιπι~Φ 12mm的细棒；
[0016]步骤六、采用磨光或车光方式去除粗棒表面氧化皮及微裂纹等缺陷，然后在温度为740V~760°C的条件下对细棒进行热拉拔，得到丝材；
[0017]步骤七、将丝材进行表面机械处理或酸碱洗处理，然后进行退火处理，最终得到规格为Φ0.5~Φ6_的成品焊丝。
[0018]所述钛铝铌合金可采用常规方法制备得到:首先根据需要选择合适的原料，按设计成分混合压制电极，再在常规真空自耗电弧炉中经二次或三次熔炼得到合金铸锭，然后将合金铸锭扒皮并切去冒口和尾端后，在液压锻造机、锻锤等自由锻造设备上进行多火次开坯锻造和镦拔锻造，最终得到钛铝铌合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1150°C~1250°C，开坯锻造的火次变形量不小于60%，镦拔锻造的加热温度为850°C~980°C，镦拔锻造的火次变形量不大于70%。
[0019]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0020]1、本发明焊丝与钛铝铌合金焊接后得到的焊接结构具有良好的综合性能，且焊接性能良好，室温冷成形性能优异，焊接系数大于90%。
[0021]2、采用本发明焊丝与钛铝铌合金焊接后形成的熔敷金属具有优异的强塑性匹配，其293K室温力学性能和77K低温力学性能满足以下要求:293K室温条件下的抗拉强度Rm≥600MPa,屈服强度Rp0.2≥500MPa,延伸率A50≥14%，冲击韧性Qku^ 45J/cm2 ；77K低温条件下的抗拉强度Rm=IlOOMPa~1300MPa，屈服强度Rpa2≥950MPa,延伸率A50≥22%。由此证实本发明焊丝用于钛铝铌合金的焊接后得到的焊接结构具有良好的综合性能。
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
【具体实施方式】
[0023]实施例1[0024]本实施例钛铝铌合金专用焊丝，其化学成分组成按质量百分比计为:A1=1.5%，Nb=10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%, H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量为Ti。本实施例中，Fe=0.03%, Si ( 0.04%, C=0.01%, N=0.01%, H=0.005%, 0=0.08%。
[0025]本实施例钛铝铌专用焊丝的制备方法为:
[0026]步骤一、将1级海绵钛、高纯Al粉(质量纯度为99%以上)和Ti_40Nb中间合金颗粒按质量百分比均匀混合，然后在油压机上压制成块状电极；
[0027]步骤二、将数块电极采用等离子焊接成长条状，然后在真空自耗电弧炉中进行二至三次熔炼，得到铸锭；
[0028]步骤三、切除铸锭的冒口并剔除铸锭的表面缺陷，然后在温度为1040°C的条件下对铸锭进行开坯锻造；
[0029]步骤四、在温度为890°C的条件下将开坯锻造后的铸锭在自由锻设备上进行自由锻造，得到粗棒；
[0030]步骤五、在温度为890°C的条件下将锻造后的粗棒热轧为规格为Φ8πιπι的细棒；
[0031]步骤六、采用磨光或车光方式去除粗棒表面氧化皮及微裂纹等缺陷，然后在温度为740°C的条件下对细棒进行热拉拔，得到丝材；
[0032]步骤七、将丝材进行表面机械处理或酸碱洗处理，然后进行退火处理，最终得到规格为Φ0.5的成品焊丝。
[0033]选用厚度为δ 1.5mm的钛铝铌合金板作为焊接母材，其名义化学成按质量百分比计为:A13%，Nbl5%，余量为Ti和不可避免的杂质。该钛铝铌合金板采用常规方法制备得到:首先根据需要选择合适的原料，按设计成分混合压制电极，再在常规真空自耗电弧炉中经二次或三次熔炼得到合金铸锭，然后将合金铸锭扒皮并切去冒口和尾端后，在液压锻造机、锻锤等自由锻造设备上进行多火次开坯锻造和镦拔锻造，最终得到钛铝铌合金板材。所述开坯锻造的加热温度为1200°C，开坯锻造的火次变形量不小于60%，镦拔锻造的加热温度为900°C，镦拔锻造的火次变形量不大于70%。
[0034]用剪板机将钛招银合金板裁剪为规格为30mmX 20mmX 1.5mm的焊条。焊接前用丙酮对焊丝和焊条进行充分浸泡，去除表面油污后采用氩弧焊接完成母材焊接，焊接后熔敷金属的室温性能和低温性能数据见表1。
[0035]表1本发明实施例1熔敷金属在室温和低温条件下的力学性能
[0036]
【权利要求】
1.一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:Α11.5% ~1.8%, Nb 10% ~11.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H^0.006%, 0^0.12%，余量为Ti ;所述低温高强钛铝铌合金专用焊丝是指该焊丝与钛铝铌合金焊接后形成的熔敷金属在温度为77Κ条件下的抗拉强度为IlOOMPa~1300MPa，屈服强度不低于950MPa，延伸率不低于22%，所述钛铝铌合金由以下质量百分比的成分组成:A12.0%~3.5%, Nb 12%~16%，余量为Ti和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A1L 5%, Nb 10%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C^0.08%, N^0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量为 Ti。
3.根据权利要求1所述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.8%, Nbll.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量为 Ti。
4.根据权利要求1所述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.6%, Nb 11%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量为 Ti。
5.根据权利要求1所述的一种低温高强钛铝铌合金专用焊丝，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成:A11.6%, Nbl0.5%, Fe ( 0.10%, Si ( 0.05%, C ≤ 0.08%, N ≤ 0.04%,H ≤ 0.006%, O ≤ 0.12%，余量为 Ti。
【文档编号】B23K35/32GK103692109SQ201310681313
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】杜宇, 刘伟, 洪权, 杨海瑛, 毛小南 申请人:西北有色金属研究院