一种钛铝合金电极的焊接方法
【专利摘要】一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，将原材料压制成若干个电极块；将若干个电极块组焊成若干支自耗电极；将自耗电极熔炼，得到若干支钛铝合金一次锭；将钛铝合金一次锭头尾端部倒角；采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在钛铝合金一次锭头尾端部倒角处，形成钛附着层；将若干支钛铝合金一次锭头尾相接组焊后熔炼后得到钛铝合金二次锭。本发明采用先将纯钛焊丝熔化后附着在钛铝合金铸锭端部上，起到润湿母材的作用，再将钛铝合金铸锭头尾相接进行组焊得到电极的方法，使得钛铝合金之间的焊接转化为纯钛之间的焊接，电极焊接十分牢固，避免了由于钛铝合金焊接性能差、焊接不牢固所引发的掉块、掉蛋等质量安全事故。
【专利说明】
一种钛铝合金电极的焊接方法
技术领域
[0001] 本发明属于钛合金制备领域，涉及一种钛铝合金电极的焊接方法。
【背景技术】
[0002] 钛铝合金具有轻质、高比强、耐蚀、耐磨、耐高温及抗氧化性等性能优点，使用温度 可达700~900°C，逐渐成为当代航空航天、兵器及民用工业等领域的优秀候选高温结构材 料之一。
[0003] 钛铝合金制备通常采用真空自耗电弧熔炼方法，电极需要进行炉外焊接。铸造用 钛铝合金熔炼浇注前，同样也需要进行电极的焊接。由于，钛、铝都是活性金属、极易氧化， 且两者的熔点相差约800°C，两者的晶格类型、晶格参数等结晶化学性能差异大，铝的热导 率和线膨胀系数分别是钛的16倍和3倍。因此钛铝合金焊接性较差，采用传统钛合金的焊接 工艺方法，电极焊缝处极易产生裂纹，导致电极在熔炼过程发生掉块、掉蛋等安全质量隐 患。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单且焊接牢固可靠的真 空熔炼用钛铝合金电极焊接方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1:根据钛铝合金化学成分中钛、铝的含量计算出所需的原材料重量，将原材 料压制成若干个电极块；
[0008] 步骤2:将步骤1制备的若干个电极块组焊成若干支自耗电极；
[0009] 步骤3:将步骤2制备的自耗电极熔炼，得到若干支钛铝合金一次锭；
[0010] 步骤4:将步骤3的钛铝合金一次锭头尾端部倒角；
[0011] 步骤5:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤4中的钛铝合金一次锭头尾端部 倒角处，形成钛附着层；
[0012] 步骤6:将步骤5中的若干支钛铝合金一次锭头尾相接组焊成一支电极；
[0013] 步骤7:将步骤6制备的电极熔炼后得到钛铝合金二次锭。
[0014] 本发明进一步的改进在于，步骤1中采用油压机压制。
[0015] 本发明进一步的改进在于，步骤2中采用等离子氩弧焊接方法组焊。
[0016] 本发明进一步的改进在于，步骤3和步骤7中均采用真空自耗熔炼方法熔炼。
[0017] 本发明进一步的改进在于，步骤3中熔炼的条件为:熔炼电流为3.0~7.0ΚΑ，电压 为22~26V，熔炼时真空度为5 · 0 X 10-2~8 · 0 X 10-^a。
[0018] 本发明进一步的改进在于，步骤4中倒角为5~10mmX45°。
[0019 ]本发明进一步的改进在于，用酒精将步骤4中的铸锭端部倒角处擦拭干净。
[0020]本发明进一步的改进在于，步骤5中焊丝牌号为TA1，直径为3mm;钛附着层的厚度 为5~10mm;步骤6中组焊的条件为：电流为200-300A，焊接电压为20-30V，氩气流量为10~ 15L/min〇
[0021 ]本发明进一步的改进在于，步骤7中熔炼的条件为:熔炼电流为4.0~8.0ΚΑ，电压 为23~28V，熔炼时真空度为3 · 0 X 10-2~5 · 0 X 10-^a。
[0022] 本发明进一步的改进在于，原材料为海绵钛、铝豆、铝钒合金和铬，或原材料为海 绵钛、铝豆和银钛合金，或原材料为海绵钛、铝豆、银钛合金和络。
[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果:本发明采用先将纯钛焊丝熔化后附着在钛 铝合金铸锭端部上，起到润湿母材的作用，再将钛铝合金铸锭头尾相接进行组焊得到电极 的方法，使得钛铝合金之间的焊接转化为纯钛之间的焊接，电极焊接十分牢固，避免了由于 钛铝合金焊接性能差、焊接不牢固所引发的掉块、掉蛋等质量安全事故。本发明采用等离子 氩弧焊将焊丝熔化附着在钛铝合金一次锭头尾端部倒角处，能有效解决电极焊缝处产生裂 纹的问题，确保真空熔炼过程顺利进行，并能得到化学成分均匀的钛铝合金铸锭。同时，该 工艺方法简单，可操作性强，适用于工业化生产。
【具体实施方式】
[0024]现结合实施例对本发明作进一步详细描述，本发明中at%表示原子数百分含量。 本发明适用于钛铝合金，钛铝合金中可含其他金属元素，对成分无具体要求。
[0025] 实施例1
[0026] 以制备100kg Ti-47.5at%Al-2.5at%V_1.0at%Cr合金为例合金铸锭为例，其制 备步骤如下：
[0027] 步骤1:称取10kg 11-47.5&七％41-2.5&七％￥-1.0&七％〇合金所需要的海绵钛、铝 ?、错1凡合金、金属络，混料后压制成电极块，共压制10块电极块。
[0028] 步骤2:采用等离子氩弧焊接方法将步骤1制备的电极块5块组焊成一支自耗电极， 共2支自耗电极。
[0029] 步骤3:采用真空自耗电弧熔炼方法将步骤2制备的自耗电极熔炼得到1^_ 47.5&七％41-2.5&七％￥-1.(^七％〇合金铸锭2支。其中，熔炼时熔炼电流为3.0~4.01^，电压 为22~24V，熔炼时真空度为5.0 X 10-2~8.0 X 10-^a。
[0030] 步骤4:将步骤3的2支钛铝合金铸锭头部及尾部倒角5mmX 45°。
[0031]步骤5:用酒精将步骤4中的2支铸锭端部倒角处油污、冷却液等擦拭干净。
[0032] 步骤6:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤5中的2支铸锭端部倒角处，形成 厚度为5mm纯钛附着层，所用的焊丝牌号为TA1，直径为3mm。
[0033] 步骤7:将步骤6中的2支铸锭头尾相接组焊成一支电极。焊接电流为200A，焊接电 压为20V，氩气流量为10L/min。
[0034] 步骤8:采用真空自耗熔炼方法将步骤7制备的电极熔炼得到钛铝合金二次锭，即 为真空熔炼用钛铝合金电极。其中，熔炼时熔炼电流为4.0~5.0KA，电压为23~26V，熔炼时 真空度为3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0035] 对步骤8制备的铸锭进行扒皮后，在铸锭的头部及尾部取样进行化学成分分析。主 元素铝、钒、铬的检测结果见表1:
[0036] 表1 11-47.53七％厶1-2.5&七％￥-1.(^七％0合金铸锭含量(￥七％)
[0038] 实施例2
[0039] 以制备100kgTi-48at%Al-2at%Nb_2at%Cr合金为例合金铸锭为例，其制备步骤 如下：
[0040] 步骤1:称取10kg Ti-48at%Al-2at%Nb-2at%Cr合金所需要的海绵钛、铝豆、铌 钛合金、金属铬，混料后压制成电极块，共压制10块电极块。
[0041] 步骤2:采用等离子氩弧焊接方法将步骤1制备的电极块5块组焊成一支自耗电极， 共2支自耗电极。
[0042]步骤3:采用真空自耗电弧熔炼方法将步骤2制备的自耗电极熔炼得到Ti_48at % Al-2at%Nb-2at%Cr合金铸锭2支。其中，熔炼时熔炼电流为4.0~5.0KA，电压为22~25V， 熔炼时真空度为5.0 X 10-2~8.0 X 10-^a。
[0043] 步骤4:将步骤3的2支钛铝合金铸锭头部及尾部倒角7mmX 45°。
[0044] 步骤5:用酒精将步骤4中的2支铸锭端部倒角处油污、冷却液等擦拭干净。
[0045] 步骤6:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤5中的2支铸锭端部倒角处，形成 厚度为7mm纯钛附着层，所用的焊丝牌号为TA1，直径为3mm。
[0046] 步骤7:将步骤6中的2支铸锭头尾相接组焊成一支电极。焊接电流为230A，焊接电 压为23V，氩气流量为12L/min;
[0047] 步骤8:采用真空自耗熔炼方法将步骤7制备的电极熔炼得到钛铝合金二次锭，即 为真空熔炼用钛铝合金电极。其中，熔炼时熔炼电流为5.0~6.0ΚΑ，电压为23~27V，熔炼时 真空度为3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0048] 对步骤8制备的铸锭进行扒皮后，在铸锭的头部及尾部取样进行化学成分分析。主 元素铝、铌、铬的检测结果见表2:
[0049] 表2 Ti-48at%Al-2at%Nb-2at%Cr合金铸锭含量(wt%)
[0051 ] 实施例3
[0052] 以制备100kgTi-46at%Al_6at%Nb合金为例合金铸锭为例，其制备步骤如下：
[0053] 步骤1:称取10kg Ti_46at %A1 _6at%Nb合金所需要的海绵钛、铝豆、铌钛合金，混 料后压制成电极块，共压制10块电极块。
[0054] 步骤2:采用等离子氩弧焊接方法将步骤1制备的电极块5块组焊成一支自耗电极， 共2支自耗电极。
[0055] 步骤3:采用真空自耗电弧熔炼方法将步骤2制备的自耗电极熔炼得到Ti_46at % Al-6at%Nb合金铸锭2支。其中，熔炼时熔炼电流为5.0~6.OKA，电压为23~26V，熔炼时真 空度为5 · 0 X 10-2 ~8 · 0 X 10-^a。
[0056]步骤4:将步骤3的2支钛铝合金铸锭头部及尾部倒角8mm X 45°。
[0057]步骤5:用酒精将步骤4中的2支铸锭端部倒角处油污、冷却液等擦拭干净。
[0058]步骤6:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤5中的2支铸锭端部倒角处，形成 厚度为8mm纯钛附着层，所用的焊丝牌号为TA1，直径为3mm。
[0059] 步骤7:将步骤6中的2支铸锭头尾相接组焊成一支电极。焊接电流为260A，焊接电 压为26V，氩气流量为13L/min;
[0060] 步骤8:采用真空自耗熔炼方法将步骤7制备的电极熔炼得到钛铝合金二次锭，即 为真空熔炼用钛铝合金电极。其中，熔炼时熔炼电流为6.0~7.0KA，电压为24~28V，熔炼时 真空度为3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0061] 对步骤8制备的铸锭进行扒皮后，在铸锭的头部及尾部取样进行化学成分分析。主 元素铝、铌的检测结果见表3:
[0062] 表3 Ti-46at%Al-6at%Nb合金铸锭含量(wt%)
[0064] 实施例4
[0065] 以制备100kgTi-48at%Al-10at%Nb_2.0at%Cr合金为例合金铸锭为例，其制备 步骤如下：
[0066] 步骤1:称取10kg Ti-48at%Al-10at%Nb_2.0at%Cr合金所需要的海绵钛、铝豆、 铌钛合金、金属铬，混料后压制成电极块，共压制10块电极块。
[0067]步骤2:采用等离子氩弧焊接方法将步骤1制备的电极块5块组焊成一支自耗电极， 共2支自耗电极。
[0068]步骤3:采用真空自耗电弧熔炼方法将步骤2制备的自耗电极熔炼得到Ti_48at % 八1-1(^%恥-2.0&七％(>合金铸锭2支。其中，熔炼时熔炼电流为6.0~7.01^，电压为23~ 26V，熔炼时真空度为5 · 0 X 10-2~8 · 0 X 10-4a。
[0069]步骤4:将步骤3的2支钛铝合金铸锭头部及尾部倒角10mmX45°。
[0070]步骤5:用酒精将步骤4中的2支铸锭端部倒角处油污、冷却液等擦拭干净。
[0071] 步骤6:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤5中的2支铸锭端部倒角处，形成 厚度为10mm纯钛附着层，所用的焊丝牌号为TA1，直径为3mm。
[0072] 步骤7:将步骤6中的2支铸锭头尾相接组焊成一支电极。焊接电流为300A，焊接电 压为30V，氩气流量为15L/min;
[0073] 步骤8:采用真空自耗熔炼方法将步骤7制备的电极熔炼得到钛铝合金二次锭，即 为真空熔炼用钛铝合金电极。其中，熔炼时熔炼电流为7.0~8.0ΚΑ，电压为24~28V，熔炼时 真空度为3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0074] 对步骤8制备的铸锭进行扒皮后，在铸锭的头部及尾部取样进行化学成分分析。主 元素铝、铌、铬的检测结果见表4:
[0075] 表4 11-48&七％厶1-1(^七％他-2.(^七％0合金铸锭含量(￥七％)
[0077]从表1-表4可以看出，本发明制备的钛铝合金铸锭化学成分均匀。
【主权项】
1. 一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:根据钛铝合金化学成分中钛、铝的含量计算出所需的原材料重量，将原材料压 制成若干个电极块； 步骤2:将步骤1制备的若干个电极块组焊成若干支自耗电极； 步骤3:将步骤2制备的自耗电极熔炼，得到若干支钛铝合金一次锭； 步骤4:将步骤3的钛铝合金一次锭头尾端部倒角； 步骤5:采用等离子氩弧焊将焊丝熔化附着在步骤4中的钛铝合金一次锭头尾端部倒角 处，形成钛附着层； 步骤6:将步骤5中的若干支钛铝合金一次锭头尾相接组焊成一支电极； 步骤7:将步骤6制备的电极熔炼后得到钛铝合金二次锭。2. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 1中采用油压机压制。3. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 2中采用等离子氩弧焊接方法组焊。4. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 3和步骤7中均采用真空自耗熔炼方法熔炼。5. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 3中熔炼的条件为:熔炼电流为3.0~7 . OKA，电压为22~26V，熔炼时真空度为5.0 X 1 0-2~ 8.0X10-%。6. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 4中倒角为5~10mmX45° 〇7. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，用酒 精将步骤4中的铸锭端部倒角处擦拭干净。8. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 5中焊丝牌号为TA1，直径为3mm;钛附着层的厚度为5~10mm;步骤6中组焊的条件为：电流为 200-300A，焊接电压为20-30V，氩气流量为10~15L/min。9. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，步骤 7中熔炼的条件为:熔炼电流为4.0~8.0ΚΑ，电压为23~28V，熔炼时真空度为3.0 X 1 0-2~ 5.0X10-%。10. 根据权利要求1所述的一种真空熔炼用钛铝合金电极的焊接方法，其特征在于，原 材料为海绵钛、铝豆、铝钒合金和铬，或原材料为海绵钛、铝豆和铌钛合金，或原材料为海绵 钛、错豆、银钛合金和络。
【文档编号】B23K10/02GK106077979SQ201610503669
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】薛祥义, 刘娣, 张利军, 焦勇, 刘小花
【申请人】西安西工大超晶科技发展有限责任公司