[發(fā)明專利]一種TC18鈦合金用焊絲及其焊接方法

有效

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN112975210B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳曦;趙彬;汪舸;李歡;吳金平;辛超;張于勝
• 申請（專利權(quán)）人: 西安稀有金屬材料研究院有限公司
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;B23K35/02;B23K9/167;B23K9/32
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發(fā)明公開了一種TC18鈦合金用焊絲，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Al 5.5%~6.5%，Mo 3.5%~4.5%，V 3.5%~4.5%，Cr 0.5%~1.0%，F(xiàn)e 0.5%~1.0%，B 0.05%~0.15%，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)元素；本發(fā)明還公開了一種TC18鈦合金用焊絲的焊接方法：將待焊TC18鈦合金試板固定并采用TC18鈦合金用焊絲焊接，經(jīng)真空時效后隨爐冷卻。本發(fā)明焊絲通過提高α穩(wěn)定元素并降低β穩(wěn)定元素的含量，結(jié)合添加微量B元素以細(xì)化β晶粒，使得該焊絲形成的接頭具有良好的強塑性匹配；本發(fā)明采用該焊絲對待焊TC18鈦合金試板進(jìn)行焊接，在保證接頭強度的前提下改善其塑性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高強鈦合金焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種TC18鈦合金用焊絲及其焊接方法。

背景技術(shù)

鈦合金因其具有高比強度、良好的塑性以及耐腐蝕性能等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于航空、航天以及化工等領(lǐng)域。TC18鈦合金作為一種近β的雙相鈦合金，與傳統(tǒng)TC系列的雙相鈦合金相比具有更高的強度、斷裂韌性以及疲勞壽命，目前已被用于制造飛機(jī)起落架、襟翼滑軌及低壓壓氣機(jī)大尺寸盤和葉片等結(jié)構(gòu)件。但是，TC18鈦合金在作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件制造的過程中發(fā)現(xiàn)，熔合區(qū)粗大的β柱狀晶導(dǎo)致其接頭塑性較差，使得TC18鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受限。因此，改善TC18鈦合金焊接接頭塑性對于推動其焊接結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用具有重要意義。

目前針對鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的常用熔焊方法有鎢極氬弧焊及高能束焊（等離子弧焊、電子束焊和激光焊）等。雖然高能束焊因其快冷快熱的工藝特點可以獲得一定質(zhì)量的接頭，但是高能束焊設(shè)備投資和運行成本較高，且焊接結(jié)構(gòu)尺寸受設(shè)備工作腔尺寸限制，靈活性較小。因此鎢極氬弧焊仍時鈦合金使用最廣泛的焊接方法。目前，國內(nèi)尚無針對TC18鈦合金的專用焊絲，而國外多采用雙相鈦合金焊絲如SPT-2和VT20-3。雖然采用雙相鈦合金焊絲可以有效改善接頭塑性，但是接頭強度損失較大，只能達(dá)到母材的70%。因此，需要針對TC18鈦合金開發(fā)相應(yīng)的焊絲以期獲得強塑性匹配良好的焊接接頭。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種TC18鈦合金用焊絲。該TC18鈦合金用焊絲通過提高成分中α穩(wěn)定元素含量并降低β穩(wěn)定元素的含量，使鈦合金向雙相區(qū)偏移，通過α的形核促進(jìn)β形核，起到細(xì)化β晶粒的作用，結(jié)合添加微量B元素抑制晶粒生長從而進(jìn)一步細(xì)化晶粒，且生成TiB起到釘扎β晶界作用，使得本發(fā)明TC18鈦合金用焊絲形成的接頭具有良好的強塑性匹配。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種TC18鈦合金用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Al 5.5%~6.5%，Mo 3.5%~4.5%，V 3.5%~4.5%，Cr0.5%~1.0%，F(xiàn)e 0.5%~1.0%，B 0.05%~0.15%，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)元素。

與現(xiàn)有采用雙相鈦合金焊絲保證TC18鈦合金塑性但損失接頭強度相比，本發(fā)明在研究過程中發(fā)現(xiàn)，采用TC18鈦合金本體焊絲進(jìn)行鎢極氬弧焊，雖然可以保證接頭強度，但是熔合區(qū)粗大的β晶粒會導(dǎo)致接頭塑性顯著低于母材，因此，針對TC18鈦合金的特點，本發(fā)明的TC18鈦合金用焊絲的成分中提高了α穩(wěn)定元素Al的含量，同時降低了β穩(wěn)定元素Mo、V、Cr、Fe的含量，使鈦合金向雙相區(qū)偏移，通過α的形核促進(jìn)β形核，起到細(xì)化β晶粒的作用，同時添加微量B元素，一方面增加鈦合金過冷度以細(xì)化晶粒，另一方面B與Ti共析反應(yīng)產(chǎn)生的TiB起到釘扎β晶界作用，抑制晶粒生長從而細(xì)化晶粒，使得本發(fā)明TC18鈦合金用焊絲形成的TC18鈦合金接頭具有良好的強塑性匹配。

上述的一種TC18鈦合金用焊絲，其特征在于，由以下質(zhì)量百分含量的成分組成：Al6.1%~6.2%，Mo 3.9%~4.0%，V 3.9%~4.0%，Cr 0.8%~0.9%，F(xiàn)e 0.8%~0.9%，B 0.09%~0.10%，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)元素。該優(yōu)選組分的TC18鈦合金用焊絲中晶粒細(xì)化明顯，且具有更好的強塑性匹配。