专利名称：Tc18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，用于获得连续可控的 TC18钛合金厚板单面焊双面成型接头。
背景技术：
由于钛合金的强度大，又具有较好的韧性和焊接性，钛合金首先在航空工业中得到应用。主要用于制造重量轻、可靠性强的结构等。民用飞机中钛结构的重量已占5%，军用飞机则达25%以上。发动机上钛合金的重量由8%增加到25%以上。推力/重量比克增加1倍左右。钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能，在氧化性、中性及有氯离子的介质中，其耐腐蚀性均由于不锈钢，有时甚至超过lCrl8Ni9Ti不锈钢的10倍。在化工、冶金、电镀、造纸、农药、造船、海水淡化、海洋工程和电站冷凝器等方面获得成功的应用。随着社会可持续性发展，人们对节能、降耗的要求不断提高。高性能结构材料的制备和应用技术已成为国内外研究的热点。而大部分高性能金属结构材料的焊接性比传统材料差得多。单独的氩弧焊时，氩弧很容易出现左右摇摆的现象，尤其是当坡口比较深、角度大情况下，这主要是因为单独的氩弧焊本身氩弧能量分散，一旦坡口加工出现不对称偏差或弧长发生变化，则很容易产生磁偏吹，不能获得连续、平稳的焊缝成型，为下一道的填丝造成困难，尤其对于打底焊缝，单独氩弧焊的电弧力较弱，很难获得熔透均勻的打底焊缝， 因此不能获得稳定一致的焊接接头，通常会导致焊接接头的软化、脆化、裂纹与变形等难以克服的实际问题，其焊接质量以及焊接成本与生产效率等问题日益突出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺， 采用激光-氩弧复合热源焊接工艺获得了单面焊双面成型接头，实现了 TC18钛合金材料的高效、优质焊接，焊接过程稳定、连续可控。为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于如下步骤
1)被焊接的TC18钛合金锻件板材厚度在7mm 18mm之间；
2)对TC18钛合金锻件板材进行坡口加工，板材距离底面1.8士0. 2mm处为垂直边，两锻件板材的坡口角度为60 士 2 ° ；当锻件板材厚度在8mm 18mm之间时，在距离底边8 士 0. 2mm 处制备2士0.2mm宽的平台，然后再向上开60士2°的坡口 ；
3)焊前准备3.1)采用不锈钢丝刷打磨待焊处，至出现金属光泽；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接头处，直至白布不变色；3. 3)经酸洗和除氢处理的焊丝在焊前应用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不变色；3. 4)对合好对合接头，不留间隙；局部间隙不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. Imm ；
4)焊接首先进行打底焊，然后进行填丝堆焊，直至完成整个接头的焊接，在焊接过程中，不仅需要在焊枪中通氩气保护熔池和焊缝根部的金属，还要通过保护装置通氩气实现背面保护盒采用托罩通氩气保护焊接接头的已凝固的部分；
5)焊接完毕后，进行温度为700°C的真空热处理，保温1小时，炉冷至室温，然后出炉。所述的TC18钛合金的组成及组成质量百分比为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-氩弧复合焊接优化参数如下
激光热源输出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氩弧热源打底焊焊接电流1180 220A、填丝焊接电流2235 255A、打底焊钨极伸长量18 10mm、填丝焊钨极伸长量28 10mm、打底焊弧长12 3mm >打底焊弧长23 5mm >焊枪角度45° 50° ；其它激光与氩弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填丝速度15 -一 25mm/s>氩弧保护气12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保护气12 -一 15L/min
离焦量/F
-1 _2mm、该TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺采用上述工艺过程，可获得单面焊双面成型接头，焊接后经X射线检测表明，焊缝达到1级标准；力学性能测试结果表明，焊接接头的拉伸强度平均在950MPa以上，平均冲击强度高于65. 9J/cm2，达到母材的87. 5%以上； 疲劳性能在600MPa应力水平可达0. 7 1万次，550MPa应力水平可达3 6万次，500 MPa 应力水平可达7 12万次.微观组织分析表明，焊缝有上部粗大的柱状晶合底部细小的等轴晶组成，热影响区宽度为2mm 4mm。综上所述，结果表明采用激光_氩弧复合热源焊接工艺成功实现了 TC18钛合金材料的高效、优质焊接，焊接过程稳定，连续可控。
图1为钛合金激光-氩弧复合热源焊接坡口结构示意图。
具体实施例方式
一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于如下步骤
1)被焊接的TC18钛合金锻件板材厚度在7mm 18mm之间；
2)如图1所示，对TC18钛合金锻件板材进行坡口加工，板材距离底面1.8士0. 2mm处为
4垂直边，两锻件板材的坡口角度为60士2° ；当锻件板材厚度在8mm 18mm之间时，在距离底边8士0.2mm处制备2士0.2mm宽的平台，然后再向上开60士2°的坡口 ；
3)焊前准备要求待焊处没有油污、水、锈蚀、氧化皮等污物，焊前要求对待焊区域进行严格的清理3. 1)采用不锈钢丝刷打磨待焊处，至出现金属光泽；3. 2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接头处，直至白布不变色；3. 3)经酸洗和除氢处理的焊丝在焊前应用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不变色；3. 4)对合好对合接头，不留间隙；局部间隙不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. Imm ；
4)焊接首先进行打底焊，然后进行填丝堆焊，直至完成整个接头的焊接；钛合金焊接的特点首先是必须给焊接接头提供良好的氩气保护环境，由于钛合金加热到400 500°C以上时，即与空气中的氧和水蒸气积极作用，严重影响钛合金焊接结构的质量和性能，因此在焊接过程中，不仅需要在焊枪中通氩气保护熔池和焊缝根部的金属，还要通过保护装置通氩气实现背面保护盒采用托罩通氩气保护焊接接头的已凝固的部分。5)焊接完毕后，进行温度为700°C的真空热处理，保温1小时，炉冷至室温，然后出炉。所述的TC18钛合金的组成及组成质量百分比为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-氩弧复合焊接优化参数如下
激光热源输出平均功率/P400W、焦距/f150mm/100mm ；直流氩弧热源打底焊焊接电流1180 220A、填丝焊接电流2235 255A、打底焊钨极伸长量18 10mm、填丝焊钨极伸长量28 10mm、打底焊弧长12 3mm >打底焊弧长23 5mm >焊枪角度45° 50° ；其它激光与氩弧位置1 2mm >焊接速度300 500mm/i填丝速度15 -一 25mm/s>氩弧保护气12 -一 15L/min正面托罩8 10L/min、背面保护气12 -一 15L/min
离焦量/F
-1 _2mm、 当采用激光-氩弧复合热源焊接时，由于激光的存在，在激光作用点处会产生大量的金属蒸汽，能够为氩弧的稳定燃烧提供导电通道，降低氩弧燃烧的电阻，根据最小电压原理，电弧将依附于激光斑点处，显著的提高了电弧的稳定性，另外激光对电弧的吸引和压缩将提高电弧的能量密度，对于打底焊来说，激光的冲击力以及电弧能量密度的提高都能为获得熔透连续的打底焊缝提供了条件，并且能够提高焊丝的熔化效率。
权利要求
1.一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于如下步骤1)被焊接的TC18钛合金锻件板材厚度在7mm 18mm之间；2)对TC18钛合金锻件板材进行坡口加工，板材距离底面1.8士0. 2mm处为垂直边，两锻件板材的坡口角度为60 士 2 ° ；当锻件板材厚度在8mm 18mm之间时，在距离底边8 士 0. 2mm 处制备2士0.2mm宽的平台，然后再向上开60士2°的坡口 ；3)焊前准备1)采用不锈钢丝刷打磨待焊处，至出现金属光泽；2)采用不起毛的白布蘸丙酮擦拭接头处，直至白布不变色；3)经酸洗和除氢处理的焊丝在焊前应用蘸丙酮的白布擦拭，至白布不变色；4)对合好对合接头，不留间隙；局部间隙不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. 1mm，局部错边量不大于0. Imm ；4)焊接首先进行打底焊，然后进行填丝堆焊，直至完成整个接头的焊接，在焊接过程中，不仅需要在焊枪中通氩气保护熔池和焊缝根部的金属，还要通过保护装置通氩气实现背面保护盒采用托罩通氩气保护焊接接头的已凝固的部分；5)焊接完毕后，进行温度为700°C的真空热处理，保温1小时，炉冷至室温，然后出炉。
2.如权利要求1所述的TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于所述的TC18钛合金的组成及组成质量百分比为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.如权利要求1或2所述的TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于激光-氩弧复合焊接优化参数如下激光热源 输出平均功率/P 400W、离焦量/F -1 _2mm、焦距/f 150mm/100mm ；直流氩弧热源 打底焊焊接电流1 180 220A、 填丝焊接电流2 235 255A、打底焊钨极伸长量18 10mm、 填丝焊钨极伸长量2 8 10mm、打底焊弧长1 2 3mm、 打底焊弧长2 3 5mm、焊枪角度 45° 50° ；其它激光与氩弧位置 1 2mm、 焊接速度 300 500mm/min填丝速度 15 25mm/s、氩弧保护气 12 15L/min、正面托罩 8 10L/min、背面保护气 12 15L/min。
全文摘要
本发明涉及一种TC18钛合金激光-氩弧复合热源焊接工艺，其特征在于如下步骤1)被焊接的TC18钛合金锻件板材厚度在7mm～18mm之间；2)加工坡口；3)焊前准备；4)焊接；5)焊接完毕后，进行温度为700℃的真空热处理，保温1小时，炉冷至室温，然后出炉。采用激光-氩弧复合热源焊接工艺获得了单面焊双面成型接头，实现了TC18钛合金材料的高效、优质焊接，焊接过程稳定、连续可控。
文档编号B23K33/00GK102225485SQ201110151139
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者依龙, 朱丽, 杨磊 申请人:沈阳飞机工业(集团)有限公司