[發(fā)明專利]一種TA15和Ti60異種鈦合金材料的電子束焊接方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011511664.6
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112676691A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任金欣;王志敏;孫少波;王毅;李宏偉;武俊飛;陳久友;陳浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航星機(jī)器制造有限公司
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06;B23K15/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發(fā)明提供了一種TA15和Ti60異種鈦合金材料的電子束焊接方法，包括：將待焊接工件的對接接頭固定并將所述對接接頭置于真空環(huán)境中；定位焊，定位焊的參數(shù)為：每段焊縫的長度20～25mm，工作距離400mm，加速電壓50～60kV，聚焦電流表面焦+(0.01～0.03)A，電子束流10～25mA，焊接速度600～800mm/min；正式焊接，正式焊接的參數(shù)為：工作距離400mm，加速電壓50～60kV，聚焦電流表面焦(?0.01～+0.02)A，電子束流40～85mA，焊接速度600～800mm/min；修飾焊接，修飾焊接的參數(shù)為：工作距離400mm，加速電壓50～60kV，聚焦電流表面焦+(0.02～0.04)A，電子束流30～50mA，焊接速度600～800mm/min；真空冷卻，焊后清理。本發(fā)明焊接所形成的焊縫接頭連續(xù)、均勻，成形良好，無氣孔和裂紋等缺陷，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子束焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種TA15和Ti60異種鈦合金材料的電子束焊接方法。

背景技術(shù)

隨著我國航空航天工業(yè)的高速發(fā)展，對飛行器的技術(shù)指標(biāo)要求越來越高，這對結(jié)構(gòu)材料的綜合性能要求越來越高。鈦合金因具有較高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的熱強(qiáng)性和焊接性而成為航天領(lǐng)域一種重要的結(jié)構(gòu)材料。其中，Ti60是北京航空材料研究院研制的新型600℃高溫鈦合金，屬于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si近α型體系。該合金在600℃溫度下具有優(yōu)異的蠕變抗力、疲勞強(qiáng)度和損傷容限性能，適用于制造先進(jìn)航航天飛行器600℃以下服役的熱端部件。TA15鈦合金為Ti-Al-Zr-Mo-V系合金，為高Al當(dāng)量的近α型鈦合金。它采用固溶強(qiáng)化的方式，在加入α穩(wěn)定元素Al的同時，也加入了少量的中性元素Zr和β穩(wěn)定元素Mo和V。該合金具有中等的室溫和高溫強(qiáng)度，良好的熱穩(wěn)定性和焊接性能。

在航天產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)同一部件不同部位服役環(huán)境、承受的溫度和要求的力學(xué)性能的差異，越來越多地出現(xiàn)要將TA15與Ti60鈦合金焊接在一起的需求，達(dá)到在不降低產(chǎn)品性能的情況下降低生產(chǎn)成本，這就涉及到異種鈦合金材料的焊接。由于TA15和Ti60鈦合金合金成分與含量不同，相應(yīng)的物理性能參數(shù)存在差異，焊接時易出現(xiàn)冷裂紋等缺陷，焊接難度較大。

目前，對于異種鈦合金的焊接方法主要有氬弧焊、激光焊等方法。這些方法均存在一些不足之處。氬弧焊熱輸入大，焊接過程構(gòu)件變形大，容易在焊縫內(nèi)形成大量裂紋，同時焊接過程中焊縫及熱影響區(qū)組織受熱嚴(yán)重，導(dǎo)致晶粒和內(nèi)部強(qiáng)化相粗化明顯，降低焊縫力學(xué)性能。激光焊接方法優(yōu)點(diǎn)很多，包括熱輸入量集中、熱影響區(qū)小、焊接速度快、焊接效率高、焊后變形小等優(yōu)點(diǎn)。但激光焊接鈦合金時合金表面易發(fā)生氧化行為，導(dǎo)致氣孔、氧化物等缺陷的形成，降低材料韌性。同時受激光器功率的限制難以實(shí)現(xiàn)大厚度鈦合金材料的焊接。因此，開發(fā)一種更加有效的焊接異種鈦合金的方法是十分迫切的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，提供了一種TA15和Ti60異種鈦合金材料的電子束焊接方法，所形成的焊縫具有良好的外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，焊縫接頭連續(xù)、均勻，內(nèi)部無裂紋和未焊透等缺陷，焊接質(zhì)量達(dá)到GJB 1718A-2005《電子束焊接》標(biāo)準(zhǔn)I級焊縫要求，焊縫的力學(xué)性能優(yōu)異，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種TA15和Ti60異種鈦合金材料的電子束焊接方法，包括如下步驟：

步驟(1)，將待焊接工件的對接接頭固定并將所述對接接頭置于真空環(huán)境中，所述待焊接工件為TA15和Ti60異種鈦合金材料；

步驟(2)，采用電子束對所述待焊接工件的對接接頭進(jìn)行定位焊；定位焊的參數(shù)為：每段焊縫的長度20～25mm，工作距離400mm，加速電壓50～60kV，聚焦電流表面焦+(0.01～0.03)A，電子束流10～25mA，焊接速度600～800mm/min；