[發(fā)明專利]一種用于電弧熔絲增材制造及高性能焊接的鈦合金焊絲

有效

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• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113245749B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王高見;劉麗;徐軼;康丹丹;萬洪程
• 申請（專利權(quán)）人: 四川西冶新材料股份有限公司
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;B23K35/40;B23K9/04;B23K9/16
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51217
• 代理人: 薛波

本發(fā)明涉及焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于電弧熔絲增材制造及高性能焊接的鈦合金焊絲，焊絲的化學(xué)組分按重量百分比計(jì)，包括C:0.03~0.10%，Al:5.5~7.0%，V:3.5~4.5%，B:0.10~0.20%，O:0.03~0.12%，N≤0.012%，H≤0.005%，余量為Ti以及不可避免的雜質(zhì)。本申請的鈦合金焊絲，熔體抗拉強(qiáng)度達(dá)到900MPa以上，延伸率達(dá)到8%以上，強(qiáng)度各向異性指數(shù)≤2.5%，延伸率各向異性指數(shù)≤8.0%，滿足TC4電弧熔絲增材制造及焊接要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及用于電弧熔絲增材制造及高性能焊接的鈦合金焊絲。

背景技術(shù)

鈦合金由于其具有比強(qiáng)度大、耐腐蝕、耐高低溫等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船制造、石油化工、海洋工程及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。焊接作為材料連接的關(guān)鍵制造工藝，是鈦合金結(jié)構(gòu)制備技術(shù)研究的重點(diǎn)。近年來，隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，鈦合金增材制造的應(yīng)用需求日益迫切，相比于粉末增材制造，電弧熔絲增材制造材料利用率高、無污染、成本低、更易于制造，受到越來越多的關(guān)注。TC4是高端裝備最為常用的鈦合金材料，其電弧增材制造技術(shù)及焊接技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。

電弧熔絲增材制造是采用焊接電弧作為熱源將金屬絲材熔化逐層沉積成型，其熔體冶金機(jī)理與焊接工藝相似，鈦合金熔體在經(jīng)歷非線性的焊接熱循環(huán)過程中，凝固的晶體生長速率高于成核速率，使熔體易于形成粗大的晶粒組織；對于復(fù)雜大尺寸結(jié)構(gòu)件，其晶粒尺寸更是急劇增大，這會嚴(yán)重惡化結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能如強(qiáng)度、塑韌性、耐疲勞性等；對于電弧熔絲增材制造還會帶來結(jié)構(gòu)件嚴(yán)重的各向異性。同時，焊接熱過程還易出現(xiàn)焊接缺陷，這會降低結(jié)構(gòu)件完整性及結(jié)構(gòu)可靠性。

因此，需要開發(fā)一種微合金化細(xì)晶粒鈦合金焊絲改善TC4鈦合金焊接及電弧熔絲增材制造熔體微觀結(jié)構(gòu)、最小化缺陷，最終改善熔體整體機(jī)械性能。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于電弧熔絲增材制造及高性能焊接的鈦合金焊絲，熔體抗拉強(qiáng)度達(dá)到900MPa以上，延伸率達(dá)到8%以上，強(qiáng)度各向異性指數(shù)≤2.5%，延伸率各向異性指數(shù)≤8.0%，滿足TC4電弧熔絲增材制造及焊接要求。

具體內(nèi)容如下：

本發(fā)明提供了一種用于電弧熔絲增材制造及高性能焊接的鈦合金焊絲，焊絲的化學(xué)組分按重量百分比計(jì)，包括C:0.03~0.10%，Al:5.5~7.0%，V:3.5~4.5%，B:0.10~0.20%，O:0.03~0.12%，N≤0.012%，H≤0.005%，余量為Ti以及不可避免的雜質(zhì)。

本發(fā)明在現(xiàn)有TC4合金基礎(chǔ)上，優(yōu)化Al、V合金范圍，通過固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化保證熔體基礎(chǔ)強(qiáng)度；增加C含量，促成TiC形核進(jìn)一步提高強(qiáng)度及延展性；添加B元素，生成針狀TiB顆粒細(xì)化晶粒提高強(qiáng)塑性，TiB顆粒占據(jù)原位晶界相減小各向異性，清除間隙元素的能力降低熔體缺陷；同時，合理控制間隙元素O、N、H含量用以提高低應(yīng)變脆性敏感性、降低熔體缺陷，最終有效提高熔體綜合力學(xué)性能。

本發(fā)明提供的焊條藥皮中各成分的主要作用如下：

（C:0.03~0.10%）

碳是晶粒細(xì)化劑，添加的碳可以降低凝固溫度，提供使β晶粒尺寸細(xì)化的組織過冷和生長限制。同時，形成的TiC可以作為成核相，進(jìn)而提高平均拉伸強(qiáng)度和延展性。超過0.10%的碳含量，會形成大的碳化物，從而嚴(yán)重降低了拉伸延展性。因此，將C含量控制在0.03~0.10%。

（Al:5.5~7.0%）

鋁是常用的α穩(wěn)定元素，它是通過固溶強(qiáng)化α相提高熔體強(qiáng)度，鋁含量超過7.0%后，易形成脆性的Ti₃Al相。

（V:3.5~4.5%）