[發明專利]一種Ti3Al基合金激光焊接及焊后熱處理方法

有效

• 申請號: 201010156288.3
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN101966622A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 王國慶;吳愛萍;鄒貴生;趙玥;宋志華;朱瑞燦;謝美蓉;張益坤
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院;首都航天機械公司
• 主分類號: B23K26/20
• 分類號: B23K26/20;B23K26/32;C21D9/50
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;莫丹

技術領域

本發明涉及焊接及焊后熱處理工藝，具體涉及一種Ti₃Al基合金激光焊接及焊后熱處理方法。?

背景技術

金屬間化合物是指由兩個或更多的金屬組元按比例組成的、具有不同于其組成元素的長程有序晶體結構和金屬基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金屬間化合物由于具有較小的密度、更高的強度和更好的耐熱性能等特點，在航空、航天、能源、汽車等高科技領域有著廣泛的應用前景，尤其是進入應用研究階段的金屬間化合物Ti₃Al基合金，有較高的彈性模量，較低的密度，與鈦合金相比，具有更好的高溫機械性能和更高的使用溫度，與鎳基高溫合金相比，可減輕質量40％左右，是介于鈦合金和鎳基高溫合金使用溫度之間的比較理想的航空航天用高溫結構材料。?

目前發展比較成熟、綜合性能比較好、已進入航天應用研究階段的Ti₃Al基合金為(α₂+β/B2+O)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金為代表，其室溫屈服強度可達1200MPa、拉伸延伸率高于9％，650℃拉伸屈服強度達970MPa，該合金可作為火箭發動機渦輪盤轉子的材料。?

快速冷卻或高能密度焊接方法適合用于焊接Ti₃Al基合金，但焊接接頭高溫塑性及拉伸強度不如母材。焊接后進行適當的熱處理可以在一定程度上改善接頭的塑性，但與母材相比還有差距，而且熱處理對接頭高溫性能影響的研究相對較少。釬焊由于釬焊層的存在，使接頭的強度與母材強度相比存在較大的差距。擴散焊接雖然可以獲得與母材接近的接頭強度，但由于其結構和焊接條件的局限性而使其應用受到一定程度的限制。?

總之，國內外研究表明，經過焊接的Ti₃Al基合金接頭基本上都存在高溫塑性和高溫拉伸強度降低的問題，而且缺乏對產生接頭性能變化原因的深入研究，尤其是對工作在高溫環境中的焊接接頭的高溫性能缺乏研究。?

目前，文獻表明對于Ti₃Al基合金焊后熱處理研究僅處于理論層面，報道了經過某種熱處理工藝后接頭的組織狀態，而沒有給出接頭熱處理后力學性能，未能給出一種有效的改善接頭高溫性能的焊后熱處理工藝方法且報道多局限于Ti₃Al基合金氬弧焊和電子束焊接焊后熱處理組織分析，關Ti₃Al基合金激光焊接接頭焊后熱處理工藝未見報道。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種Ti₃Al基合金激光焊接及焊后熱處理方法，以提高Ti₃Al基合金激光焊接接頭高溫拉伸強度和塑性，解決接頭的高溫脆性問題。?

實現本發明目的的技術方案：一種Ti₃Al基合金激光焊接及焊后熱處理工藝，它包括如下步驟：?

(1)采用CO₂連續激光熔透焊接Ti₃Al基合金板材，?

當Ti₃Al基合金厚度小于2mm時，連續激光功率為1000W～1500W、掃描速度為64cm/min～150cm/min、表面聚焦；?

當Ti₃Al基合金厚度大于或等于2mm時，連續激光功率為2000W～2500W、掃描速度為150cm/min～190cm/min、表面聚焦；?

(2)在900～1000℃、真空條件下對Ti₃Al基合金激光焊接接頭進行熱處理，保溫時間1～2小時；?

(3)對熱處理后的Ti₃Al基合金激光焊接接頭采用空氣冷卻。?

如上所述的一種Ti₃Al基合金激光焊接及焊后熱處理工藝，其步驟(1)中對于1.5mm厚Ti₃Al基合金板材連續激光功率為1000W～1500W、掃描速度為64cm/min～150cm/min、表面聚焦；對于3mm厚Ti₃Al基合金板材連續激光功率為2000W～2500W、掃描速度為150cm/min～190cm/min、表面聚焦。?

如上所述的一種Ti₃Al基合金激光焊接及焊后熱處理工藝，其步驟(2)中在980℃、真空條件下對Ti₃Al基合金激光焊接接頭進行熱處理，保溫1.5小時。?

本發明的效果在于：?