[發明專利]一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法

在審

• 申請號: 201710118943.8
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106825893A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 安飛鵬;晏陽陽;熊進輝
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)41120
• 代理人: 周會芝

技術領域

本發明屬于異種難熔金屬焊接領域，具體涉及一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法。

背景技術

Ti80合金的化學成為Al：5.5～6.5、Nb：2.5～3.5、Zr：1.5～2.5、Mo:0.5～1.5、Fe：0.04、Si：0.04、O：0.1、H：0.1、Ti余量，屬于近α型鈦合金，具有較高的強度、較好的延性和韌性、良好的抗疲勞性能和良好的焊接性能，Ti80合金是我國船舶行業中使用最廣泛的鈦合金之一，合金現在已經推廣應用于我國深潛器的載人艙球殼。921A鋼化學成分為： C：0.07～0.14 、Si：0.17～0.37 、Mn：0.30～0.60、S：≤0.015、P：≤0.020、Ni：2.60～3.00、Cr：0.90～1.20、Mo：0.20～0.27、V：0.04～0.10，Fe余量，具有較高的強度、良好的延性、韌性、疲勞性能和斷裂韌性，921A鋼廣泛應用于我國船舶耐壓殼體。鈦/鋼異種金屬電子束焊接時，由于母材的物理性能差異，焊縫及其附近區域會產生較大的殘余熱應力，鈦和鐵在室溫的互溶度很小，鈦/鋼異種金屬焊接的冷卻過程中，焊縫會生成一定量的Ti-Fe脆性金屬間化合物，致使焊縫的強度和硬度升高，塑韌性降低，接頭脆性增大，嚴重影響接頭性能，甚至在焊接過程中接頭脆性開裂。

真空電子束焊接熱量集中，焊接速度快，真空條件下焊縫純凈度高，焊縫及熱影響區組織相比普通電弧焊細小，焊接變形與殘余應力小，焊接線能量精確可控，適合于鈦鋼異種難熔金屬的焊接。王廷等人（王廷，張秉剛，陳國慶等.TA15鈦合金和304不銹鋼的電子束焊接[J].焊接學報.2010，31（5）：53-56.）針對2.5mm厚TA15鈦合金和304不銹鋼進行了電子束焊接工藝研究和焊后接頭不同區域顯微組織形貌和力學性能研究，但未得到質量可靠穩定的焊接接頭。目前，尚無有關船舶用Ti80和船體鋼921A電子束焊接的研究報道。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，該方法使Ti80與921A鋼的焊接接頭無裂紋，焊縫內部質量符合GJB1718A-2005Ⅰ級要求；抗拉強度≥200MPa，屈服強度≥150MPa。

本發明所采用的技術方案是：一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，包括以下步驟：

（1）分別將純銅板、Ti80試板和921A鋼試板進行表面機械處理，然后分別依次用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待焊；

（2）將銅板作為中間層置于待焊Ti80試板和921A鋼試板之間，組成待焊件，并將待焊件裝配至焊接工裝上，得到待焊試板；

（3）將裝配好的待焊試板置于真空室中，用夾具固定好，調整板材位置使得電子束能夠準確的作用于待焊處，然后抽真空；

（4）聚焦電子束，調試焊接工藝參數以保證焊縫成形良好，調節電子束流偏向鋼板0.5-1mm，電子束從板材的一端開始焊接直到另一端為止；

（5）焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接。

作為本發明一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進一步優化，所述步驟（2）中銅板的厚度為0.5mm-1.0mm，純度≥99.9%。

作為本發明一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進一步優化，所述步驟（3）中真空室的真空度≥10^-3Pa。

作為本發明一種針對船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進一步優化，所述步驟（4）中焊接工藝參數如下：焊接速度500~2000mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流2000~2700mA，電子束束流10~200mA，工作距離200~1000mm。

與現有技術相比，本發明至少具有下述優點及有益效果：

本發明采用純銅板作為中間層，能夠改變鈦金屬材料板與不銹鋼板直接電子束焊接接頭內脆性化合物的分布形態和尺寸，從而改善了接頭的韌性，獲得無裂紋的電子束焊接接頭；選擇具有能量集中、熱輸入小、穿透能力強、能量轉化率高、可控性好的電子束作為施焊熱源，焊接時電子束束流作用點偏向于921A鋼板側，從而有效控制Ti80合金材料板和銅板的熔化量，提高接頭的強度與韌性；本發明制備Ti80合金板與921A鋼板接頭無裂紋，焊縫內部質量符合GJB1718A-2005Ⅰ級要求；抗拉強度≥200MPa，屈服強度≥150MPa。

附圖說明