一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法技术

本发明专利技术涉及一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，属于金属材料加工技术领域。采用超声冲击方法降低异种钛合金板材焊接结构的残余应力，对待处理的异种钛合金氩弧焊焊接结构表面进行清洁处理，将超声冲击头对准焊缝，采用焊缝全覆盖冲击方式进行S型摆动冲击，冲击次数为2‑3次，双面冲击，冲击头移动速度为100‑140mm/min，冲击角度为90°。本发明专利技术可以有针对性和选择性的对焊缝进行处理；本发明专利技术的处理工艺消除焊接残余应力效果明显，残余应力分布更加均匀，还可以引入有益的压应力。

【技术实现步骤摘要】
一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法
本专利技术涉及一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，具体涉及一种降低异种钛合金薄板氩弧焊焊接接头残余应力的超声冲击工艺，属于金属材料加工

技术介绍
钛合金广泛应用于航空航天领域，在应用中，对同一结构件的不同部位可能有不同的性能要求，如飞行器在高速飞行过程中，其外部受到气体热效应的影响，导致外部温度远高于其心部温度，因此要求外部的材料具有较高的高温性能，但对其心部的材料的高温性能要求相对较低。因此，需要对异种钛合金材料进行焊接，以满足上述要求。金属材料在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，导致焊缝处存在很大的残余应力，对焊接构件的尺寸精度、疲劳强度、应力腐蚀等不利，极大影响焊件的使用寿命，降低结构可靠性。特别是对于异种金属焊接，由于两种材料的物理性能存在差异，焊接后会产生的残余应力可能更大。热处理法是一种常用的降低焊接结构残余应力的方法，可以有效降低残余应力，但是耗能大，耗时长；而且异种金属焊接后，由于各自适用的热处理制度不同，导致无法使用同一热处理制度消除残余应力。超声冲击方法可以有效消除残余应力，具有设备轻便、操作简单、对工件的材质、形状、结构、操作条件等基本无限制等优点。在消除和改变焊接应力的同时，还可以提高焊接接头的疲劳性能、抗拉强度、细化晶粒，防止微裂纹产生和扩展等，使焊接构件的使用寿命提高。氩弧焊是最常用的焊接方法之一，具有操作简单等优点，在航空航天领域具有广泛应用。为了高效的消除焊缝处的残余应力，提高结构可靠性，需要采用适当的超声冲击工艺。因此，提供一种操作方便、效率高、效果显著的适用于氩弧焊板材残余应力的超声冲击处理工艺就成为该
急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种操作方便、效率高、效果显著的适用于异种钛合金板材氩弧焊焊接结构残余应力的超声冲击处理工艺。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，采用超声冲击处理工艺方法降低异种钛合金板材焊接结构的残余应力，其包括如下步骤：(1)冲击头的形状和尺寸：采用球冠状冲击头，冲击头直径为5-6mm；(2)冲击头的材质：冲击头的材质为TB15(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)钛合金；(3)超声冲击处理工艺：对待处理的异种钛合金氩弧焊焊接结构表面进行清洁处理，除去灰土、水垢和包覆物等；将超声冲击头对准焊缝，采用焊缝全覆盖冲击方式进行“S”型摆动冲击，冲击次数为2-3次，双面冲击，冲击头移动速度为100-140mm/min，冲击角度为90°。优选地，步骤(1)中，根据焊接方法选择冲击头的形状，冲击头直径为5-6mm，可用于焊缝宽度为12mm-16mm的焊接结构的超声冲击处理；冲击头的直径为5.5mm，可用于焊缝宽度为13mm-15mm的焊接结构的超声冲击处理。优选地，步骤(2)中所述的焊缝全覆盖冲击的冲击次数为2次，冲击速度为120mm/min。优选地，步骤(2)中所述的异种钛合金氩弧焊焊接结构为异种钛合金薄板氩弧焊焊接接头。薄板的厚度可为1-5mm。本专利技术方法适用于两种不同种类钛合金氩弧焊焊接结构的超声冲击处理，钛合金及焊料的种类不限。本专利技术的优点：超声冲击方式对残余应力的分布影响很大，氩弧焊焊缝宽度宽，且平整度不高，适合采用焊缝全覆盖冲击方式进行“S”型摆动冲击。氩弧焊焊接钛合金薄板，由于焊接过程中加热和冷却造成温度场分布不均匀，导致残余拉应力较大，超声冲击二次或三次比超声冲击一次效果好，而且能产生有益的压应力。超声冲击具有一定的作用深度，能改变表层的残余应力分布情况，双面冲击可以改变焊接板材双面的残余应力分布情况。在冲击头材质选择方面，TB15钛合金为一种新型的超高强高韧钛合金，采用其作为冲击头，材质与焊接母材相近，且强度高于母材强度，可以使焊缝表面产生一定深度的塑性变形层，对于提高焊接结构的性能有益。本专利技术可以有针对性和选择性的对焊缝进行处理；本专利技术的处理工艺方法消除焊接残余应力效果明显，残余应力分布更加均匀，还可以引入有益的压应力。下面通过附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。附图说明图1为本明中氩弧焊焊焊缝上表面经过焊缝全覆盖冲击的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中的异种钛合金氩弧焊焊接薄板冲击前后纵向残余应力对比。具体实施方式本专利技术降低异种钛合金薄板氩弧焊焊接接头残余应力的超声冲击工艺，包括如下步骤：(1)冲击头形状的选择：根据焊接方法选择冲击头的形状，焊缝宽度为12mm-16mm时，选择球冠状冲击头，冲击头直径为5-6mm。(2)冲击头材质的选择：冲击头的材质为TB15(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)钛合金。(2)超声冲击处理工艺：对待处理的异种钛合金氩弧焊焊接结构表面进行清洁处理，除去灰土、水垢和包覆物等；将超声冲击头对准焊缝，超声冲击方式对残余应力的分布影响很大，氩弧焊焊缝宽度宽，且平整度不高，适合采用焊缝全覆盖冲击方式进行“S”型摆动冲击，冲击次数为2-3次，双面冲击，冲击头移动速度为100-140mm/min，冲击角度90°。如图1所示，为本明中氩弧焊焊缝上表面全覆盖冲击的结构示意图，当焊缝上表面经过冲击后，再转到焊缝下表面冲击。实施例1对3mm厚的钛合金薄板氩弧焊焊接结构进行超声冲击处理。包括以下步骤：第一步：冲击头形状的选择：根据钛合金薄板焊接方法，选择冲击头的形状与焊接接头的形状密切相关，氩弧焊时，其焊缝宽度为16mm，因此选用直径6mm的球冠状冲击头；第二步：冲击头材质的选择：冲击头的材质为TB15钛合金；第三步：超声冲击处理工艺参数优化：根据钛合金薄板氩弧焊焊接构件的优化处理工艺，采用焊缝全覆盖方式进行“S”型摆动冲击工艺，冲击速度为120mm/min，冲击角度90°，冲击次数3次，双面冲击；效果评定：用X射线法对3mm厚的钛合金薄板氩弧焊焊接结构进行超声冲击处理前后的应力进行测试，其结果如图2所示的手工氩弧焊焊接板材纵向残余应力分布：超声冲击之前焊接接头处的应力值分布在552MPa～616MPa之间，焊缝中心的应力峰值为616MPa。全覆盖冲击后应力最高值从616MPa降低至-221MPa。熔合线处的残余应力也出现较大幅度的降低，整个焊缝残余应力分布比较均匀，且焊缝处的高值拉应力转化为低值压应力，取得了很好的技术效果。实施例2对2mm厚的钛合金薄板氩弧焊焊接结构进行超声冲击处理。包括以下步骤：第一步：冲击头形状的选择：根据钛合金薄板焊接方法，选择冲击头的形状与焊接接头的形状密切相关，氩弧焊时，其焊缝宽度为14mm，因此选用直径5.5mm的球冠状冲击头；第二步：冲击头材质的选择：冲击头的材质为TB15钛合金第三步：超声冲击处理工艺参数优化：根据钛合金薄板氩弧焊焊接构件的优化处理工艺，采用焊缝全覆盖方式进行“S”型摆动冲击工艺，冲击速度为140mm/min，冲击角度90°，冲击次数2次，双面冲击；效果评定：用X射线法对2mm厚的钛合金薄板氩弧焊焊接结构进行超声冲击处理前后的应力进行测试：超声冲击之前焊接接头处的应力值分布在530MPa～610MPa之间，焊缝中心的应力峰值为610MPa。全覆盖冲击后应力最高值从610M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，包括如下步骤：采用超声冲击降低异种钛合金板材焊接结构的残余应力，对待处理的异种钛合金氩弧焊焊接结构表面进行清洁处理，将超声冲击头对准焊缝，采用焊缝全覆盖冲击方式进行S型摆动冲击，冲击次数为2‑3次，双面冲击，冲击头移动速度为100‑140mm/min，冲击角度为90°。

【技术特征摘要】
1.一种降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，包括如下步骤：采用超声冲击降低异种钛合金板材焊接结构的残余应力，对待处理的异种钛合金氩弧焊焊接结构表面进行清洁处理，将超声冲击头对准焊缝，采用焊缝全覆盖冲击方式进行S型摆动冲击，冲击次数为2-3次，双面冲击，冲击头移动速度为100-140mm/min，冲击角度为90°。2.根据权利要求1所述的降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，其特征在于：所述的超声冲击头为球冠状冲击头，冲击头直径为5-6mm。3.根据权利要求1所述的降低异种钛合金氩弧焊焊接结构残余应力的方法，其特征在于：所述的异种钛合金氩弧焊焊接结构的焊缝宽度为12mm-16mm。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓云，叶文君，惠松骁，于洋，刘睿，李艳锋，张文婧，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京,11