一种ER‑Ti43钛合金焊丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ER‑Ti43钛合金焊丝及其制备方法，所述一种ER‑Ti43钛合金焊丝，包括以下原料：海绵钛、钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金中钒的含量大于等于60％。本发明专利技术的ER‑Ti43钛合金焊丝，化学成分为铝3.6％～4.0％，钒2.8％～3.2％，铁0.5％～0.8％，氢含量≤0.004％，其余为钛和不可避免的杂质且其具有强度高、韧性好，可用于氩弧焊、等离子焊、激光焊等工艺过程，适用于Ti‑43、TC4、TA18等钛合金的焊接。

A ER Ti43 titanium alloy welding wire and preparation method thereof

The invention discloses a ER Ti43 titanium alloy welding wire and preparation method thereof, wherein a ER Ti43 titanium alloy wire, and comprises the following raw materials: sponge titanium, vanadium Aluminum Alloy, pure Al and Fe, the content of vanadium in vanadium Aluminum Alloy is greater than or equal to 60%. ER Ti43 titanium alloy wire of the invention, the chemical composition of aluminum 3.6% ~ 4%, 2.8% ~ 3.2% iron vanadium, 0.5% ~ 0.8%, the hydrogen content is less than 0.004%, the rest of the titanium and inevitable impurities, and it has high strength, good toughness, can be used for argon arc welding, plasma welding, laser welding process. Suitable for welding of Ti 43, TC4 and TA18 titanium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种ER-Ti43钛合金焊丝及其制备方法
本专利技术涉及一种ER-Ti43钛合金焊丝及其制备方法，用于氩弧焊接、等离子焊接、激光焊接等焊接过程
本专利技术采用新的合金配方，通过加入特定成分的铝、钒、铁等合金元素，在保证强度的基础上，使焊缝的韧性得到提高，具有良好的焊接性能。本专利技术的ER-Ti43钛合金焊丝Ti-43，TA18、TC4等钛合金材料的焊接。
技术介绍
钛合金是航空航天、海洋工程、石油化工等领域的重要材料，同时也是体育行业理想的结构材料。目前钛合金的牌号有100多种，建造各种类型的钛合金结构需要首先解决焊接问题，最主要的焊缝性能指标有抗拉强度、弯曲角、塑韧性、疲劳性能等等，一般而言，不同的钛合金需要配备相应的焊丝才能满足使用要求。钛合金是一种活性金属，常用的焊接方法有氩弧焊、等离子焊接、激光焊、钎焊、扩散焊、电阻焊等，其中前面三种属于熔焊方法，焊接时一般需要添加焊丝。钛焊缝的性能与焊丝有直接关系，焊丝、焊接方法及保护气氛共同决定了钛焊缝的力学性能。钛及钛合金的焊接的主要问题主要表现在如下几个方面：1)容易产生气孔。氢是形成气孔的重要原因，在焊接时由于钛吸收氢的能力很强，而随着温度的下降氢的溶解度显著下降，所以溶解于液态金属中的氢往往来不及逸出形成气孔。焊接过程的氢的来源主要与焊丝的氢含量、保护气氛中的氢、钛材表面的油污等污物的污染等因素有关。2)接头的脆化。焊接过程中，钛在高温下会与氢、氧、氮发生反应，焊接熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化。在焊接热影响区，特别是相变点882℃以上，接头晶粒严重粗大化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面都应进行全面可靠的气体保护。这是保证钛及其合金焊接质量的关键。3)延迟裂纹。在焊后一段时间内，钛及其合金的近缝区很容易产生裂纹，这是由氢从高温熔池向低温热影响区的扩散引起的。随着氢含量的增加，析出的钛氢化合物增加，热影响区脆性增大，再加上析出的氢化物体积膨胀时产生的组织应力，导致裂纹的产生。4)焊缝的疲劳性能下降。焊接过程中，由于焊缝组织的变化，由轧制态变为铸态，会严重影响结构的疲劳性能。由此可见，为了获得性能优良的焊缝，针对不同的合金牌号，需要开发相应的焊丝。焊丝的主要合金元素含量的多少决定了焊接接头的基本力学性能，氢、氧等气体杂质的有效控制可以使焊缝具有更高的抗裂能力及更好的疲劳性能。Ti-43是一种新型的可冷轧的钛合金，可以轧制成板材、管材及棒材，合金的名义成分为Ti-4Al-3V-0.6Fe，此合金的抗拉强度≥810Mpa，屈服极限≥680Mpa，延伸率≥14％。此合金的强度较高，塑性较低，对焊接工艺的要求要远高于工业纯钛。但目前还没有Ti-43合金的配套焊丝，给Ti-43得推广应用造成了很大障碍。本专利技术针对Ti-43合金的特点，研制了相应的焊接材料，使焊接接头达到了强度及韧性的合理匹配。同时Ti43还可用于TC4低配焊材或者TA18高配焊材，也可用于同等强度级别的钛合金焊接。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的不足，专利技术的ER-Ti43钛合金焊丝不仅能满足Ti-43合金的强度要求，而且其用于焊缝时，接头系数达到了0.9。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝，包括以下原料：海绵钛、A钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金中钒的含量大于等于60％。进一步地，包括以下质量份数的原料：海绵钛、钒铝合金3-6份、纯Al1-4份和纯Fe0.1-2份。进一步地，所述海绵钛为0级海绵钛，且所述海绵钛中氢的质量分数小于等于0.003％。本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：混料：将钒铝合金、纯Al以及纯Fe加入海绵钛中后在混布料机上进行混合得到混合料；自耗电极的生成：将混合料放入模具中压制成电极块，然后将电极块焊接成自耗电极；钛合金锭的制备：将所述的自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到一次铸锭；将一次铸锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到钛合金锭；棒材的制备：将所述的钛合金锭依次经过加热、保温、开坯锻造后得到方坯，所述的方坯经过修整、加热锻造后得到棒材；轧制和拉伸：将所述的棒材依次经过轧制和拉伸后得到直径为0.5—4mm的丝材结构；ER-Ti43钛合金焊丝的制备：将所述的丝材依次经过退火、加热后得到ER-Ti43钛合金焊丝。进一步地，所述混料步骤中，混合时间至少为30分钟。进一步地，所述钛合金锭的制备步骤具体为：将所述的自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700℃-1800℃，得到一次铸锭；将一次铸锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，熔炼温度为1700℃-1800℃，得到钛合金锭。进一步地，所述钛合金锭的制备步骤中还包括将钛合金锭表面进行车成光面、切除锭底处理及冒口切除处理。进一步地，所述棒材的制备步骤中，所述棒材为直径20±8mm的棒材。进一步地，所述ER-Ti43钛合金焊丝的制备步骤具体为：将所述的丝材清理干净，放入真空退火炉进行退火，加热温度600-800℃，经真空加热退火后丝材中氢含量应小于等于40ppm。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝，其具有强度好、韧度好，用于焊缝时接头好的特点。强度和韧性的合理匹配是指在达到强度的同时焊接接头的延伸率也能达到较高的水平。本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝，其应用于焊接时，接头系数可达到0.9以上，可用于Ti-43合金的焊接，也可用于TC4，TA18等合金的焊接，具有较广泛的适用性。本专利技术提供的制备方法，步骤简单，方便操作。本专利技术的方法制备出来的ER-Ti43钛合金焊丝，其中各组分的质量百分比为：铝3.6％～4.0％，钒2.8％～3.2％，铁0.5％～0.8％，氢含量≤0.004％，其余为钛和不可避免的杂质。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝，包括以下原料：海绵钛、钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金为ALV65，其中钒的含量为60-70％。关于钒铝合金，YS/T579标准中的规定：V＞60.0-70.0，Al余量，Fe≤0.30，Si≤0.30，C≤0.20，O≤0.20纯铁一般用铁粉或者铁钉，铁含量大于等于99％。纯铝为公知的，其铝含量大于等于99.7％、具体地，包括以下质量份数的原料：海绵钛、AlV65钒铝合金3-6份、纯Al1-4份和纯Fe0.1-2份。其中，所述海绵钛为0级海绵钛，且所述海绵钛中氢的质量分数小于等于0.003％。本专利技术提供的一种ER-Ti43钛合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：混料：将钒铝合金、纯Al以及纯Fe加入海绵钛中后在混布料机上进行混合得到混合料；进一步地，混合时间大于等于30分钟，目的在于实现充分混合。自耗电极的生成：将混合料放入模具中压制成电极块，然后将电极块焊接成自耗电极；具体为：将混合料放入模具中在油压机上压制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ER‑Ti43钛合金焊丝，其特征在于，包括以下原料：海绵钛、钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金中钒的含量为60％‑70％。

【技术特征摘要】
1.一种ER-Ti43钛合金焊丝，其特征在于，包括以下原料：海绵钛、钒铝合金、纯Al和纯Fe，所述钒铝合金中钒的含量为60％-70％。2.根据权利要求1所述的一种ER-Ti43钛合金焊丝，其特征在于，包括以下质量份数的原料：海绵钛、钒铝合金3-6份、纯Al1-4份和纯Fe0.1-2份。3.根据权利要求1所述的一种ER-Ti43钛合金焊丝，其特征在于，所述海绵钛为0级海绵钛，且所述海绵钛中氢的质量分数小于等于0.003％。4.一种如权利要求1-3任一所述的ER-Ti43钛合金焊丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：混料：将钒铝合金、纯Al以及纯Fe加入海绵钛中后在混布料机上进行混合得到混合料；自耗电极的生成：混合料放入模具中压制成电极块，然后将电极块焊接成自耗电极；钛合金锭的制备：将所述的自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到一次铸锭；将一次铸锭作为自耗电极在真空自耗电弧炉中熔炼，得到钛合金锭；棒材的制备：将所述的钛合金锭依次经过加热、保温、开坯锻造后得到方坯，所述的方坯经过修整、加热锻造后得到棒材；轧制和拉伸：将所述的棒材依次经过轧制和拉伸后得到直径为0.5—4mm的丝材结构；ER-Ti43钛合金焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永福，侯军涛，郭磊，鲁毅，任怀智，王尧，卢金武，
申请(专利权)人：西安庄信新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61