[發明專利]一種鈦合金焊接接頭的表面處理工藝

有效

• 申請號: 201110250820.2
• 申請日: 2011-08-29
• 公開（公告）號: CN102953023A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 凌祥;吳勇;許坤;楊福伢;楊新俊;周建新
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石化揚子石油化工有限公司
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22F3/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 蔣家華

技術領域

本發明涉及一種鈦合金焊接接頭的表面處理工藝。

背景技術

隨著產業結構的變化和科學技術的發展，先進的焊接結構是降低材料消耗、減輕結構質量的有效途徑。鈦及其合金具有優良的耐蝕性、小的密度、高的比強度及較好的韌性和焊接性，在航空、航天、造船、化工等工業部門中得到廣泛應用。

鈦的熔化溫度高、熱容量大、電阻系數大、熱導率比鋁、鐵等金屬低，所以鈦的焊接熔池具有更高的溫度、較大的熔池尺寸，熱影響區金屬在高溫下的停留時間長，因此，易引起焊接接頭的過熱傾向，使晶粒變得十分粗大，接頭的塑性顯著降低，抗疲勞、抗磨損性能下降。故鈦合金工件焊接接頭力學性能的提高（特別是抗疲勞、抗磨損強度）對于鈦合金焊接件的整體使用性能的提高有著十分重要的意義。

目前現有的超聲沖擊鈦合金焊接接頭技術主要是運用的是與傳統噴丸類似的原理，處理區由于未形成晶界，而導致處理后的晶粒有慢慢變大的趨勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鈦合金焊接接頭的表面處理工藝，以解決超聲處理后處理區由于未形成晶界而導致處理后的晶粒變大的問題。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種鈦合金焊接接頭的表面處理工藝，包括如下步驟：

a．將鈦合金焊接接頭預處理后，對焊縫、焊趾及熱影響區域超聲沖擊，至它們表面至深度為150μm的區間內晶粒平均尺寸不大于200nm后，熱處理。

焊趾指的是焊縫表面與母材的交界處；熱影響區指母材因受熱但未熔化而使金相組織和力學性能發生變化的區域，本發明特指焊縫兩側2-3倍焊縫寬度的區域。

本步發明熱處理的主要目的是為了使超聲沖擊后的細化表面再結晶，形成晶界，從而防止處理后的晶粒變大。晶界的形成可使晶粒處于穩定狀態。

為了進一步提高焊接接頭的力學性能，上述鈦合金焊接接頭的表面處理工藝，還包括步驟b.?對焊縫、焊趾及熱影響區域再次超聲沖擊至他們的表面壓應力不小于150MPa。

上述步驟a中的預處理，采用常規的預處理方法，具體是在鈦合金焊接件焊接結束后，首先通過化學、磁力顯影、放射線等無損檢測手段（常規手段）確認焊接頭表面及內部無明顯焊接缺陷；然后通過砂輪、砂紙打磨焊縫及焊趾區域去除毛刺光滑焊縫表面；通過砂輪對焊趾部位進行機械加工，使得焊縫與金屬母材之間形成平滑過渡，降低應力集中；最后使對焊縫、焊趾及其熱影響區（焊縫兩側2-3倍焊縫寬度）表面進行清潔處理（常規去油污清潔）。

上述在對焊趾區域進行機械加工時，本發明為了防止磨削紋路成為疲勞裂紋萌生點，采用磨削方向優選為與加工區域工況下的主應力線方向一致的加工方法。

上述步驟a中，超聲沖擊頻率為不小于21kHz，沖擊功率為不小于1.5KW；焊縫和焊趾區域的覆蓋率為250-400%，熱影響區域的覆蓋率為150-350%；焊縫及熱影響區域采用至少4針頭，焊趾區域采用單針頭；超聲沖擊針與處理表面的夾角為70-90°，移動速度為15-20mm/s。

上述步驟a中，超聲沖擊頻率優選為21-23kHz，沖擊功率優選為1.5KW；焊縫和焊趾區域的覆蓋率優選為250-300%，熱影響區域的覆蓋率為150-200%；焊縫及熱影響區域采用4針頭；超聲沖擊針與處理表面的夾角優選為90°。

上述步驟a中熱處理為在200-300℃條件下保溫30-60min后空冷，升溫速率優選為1-2℃/s。本發明對熱處理的加熱方式不做限定，可以為本領域中所用的任何方式。本發明空冷為常溫條件下，自然冷卻。如果上述步驟a中，一次超聲處理后，不能滿足焊縫、焊趾及熱影響區域的表面至深度為150μm的區間內晶粒平均尺寸不大于200nm，則可以重復超聲處理。

上述步驟b中，超聲沖擊頻率不小于15kHz，沖擊功率不小于1KW；焊縫、焊趾及熱影響區域的覆蓋率為100-200%；焊縫及熱影響區域采用至少4針頭，焊趾區域采用單針頭；超聲沖擊針與處理表面的夾角為?70°-80°，移動速度為20-25mm/s。此步驟進一步平滑了焊趾過渡區域，降低了應力的集中，同時在材料表面形成了高殘余壓應力的硬化層。

上述步驟b中，超聲沖擊頻率優選為15-20kHz，沖擊功率優選為1KW；焊縫及熱影響區域優選采用4針頭。

經上述步驟后焊縫、焊趾及熱影響區域的表面壓應力不小于150MPa。

上述覆蓋率指：假如作用表面均勻覆蓋沖擊坑為100%覆蓋率，其所用時間為t，則當作用時間為n倍的t時，覆蓋率為n乘以100%。