一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法。包括：将起弧区域、收弧区域的富氧层去除；将待焊接高温钛合金板材的起弧区域起弧区域对接收弧区域对接；选取两片钛箔片，分别塞入待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中；在起弧区域、收弧区域各涂刷一层钛合金焊剂涂覆层；采用散焦光斑对涂覆层进行激光扫描，使得钛合金焊剂表面微熔化，固结在起弧区域、收弧区域；再采用激光焊接方式对待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。本发明专利技术大大提高了钛合金材料激光焊接焊缝的稳定性，进而提高了钛合金材料的结构强度，广泛适用于航空航天及民生领域。

A control method for eliminating weld crack of high temperature titanium alloy plate

【技术实现步骤摘要】
一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法
本专利技术涉及激光焊接加工
，特别是涉及一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法。
技术介绍
随着我国新一代飞行器对高空、高速的需求，我国新一代高温钛合金材料逐渐开始进入工程化应用阶段，高温高强钛合金的研发是钛合金重要的发展趋势之一，国内在该系列钛合金领域已经取得很大进展。目前国内、外研制的新型高温钛合金材料多为近α型，其内部合金元素较多，板材经过高温轧制后，表面极易出现富氧层，焊接时容易出现合金元素偏析，对于焊缝内部气孔的控制以及焊接裂纹的产生都有不利影响。激光焊接时焊缝容易开裂，焊接工艺稳定性较差，相关的激光焊接工艺标准及焊后组织性能调控技术还不完善。同时随着合金体系的复杂化，材料出现对热输入的敏感性，尤其是起弧、收弧等不稳定区域焊缝开裂的倾向变大，焊接工艺窗口变窄，结构件焊接制造时需要根据具体的结构形式调整焊接工艺窗口，焊接裂纹倾向极大。典型的筒体构件环焊缝，由于焊接结构为环向封闭焊缝，焊接完成后无法去除起弧与收弧部位，因此端头裂纹无法有效去除。鉴于目前高温钛合金材料随着合金体系的复杂化以及高温轧制过程中表面氧化较重，产生富氧层，材料出现对热输入的敏感性，尤其是起弧、收弧等不稳定区域焊缝开裂的倾向变大，焊接工艺窗口变窄，结构件焊接制造时需要根据具体的结构形式调整焊接工艺窗口，焊接裂纹倾向极大的难题。如何提供一种消除高温钛合金板材焊缝裂纹的控制方法是本领域技术人员亟需解决的技术难题。
技术实现思路
(1)要解决的技术问题<br>本专利技术实施例提供了一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法。通过去除待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的富氧层；在待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中塞入钛箔片；涂刷钛合金焊剂涂覆层；采用激光焊接方式对待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。解决了现有技术高温钛合金材料焊接易存在裂纹的难题。(2)技术方案本专利技术的实施例提出了一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，包括：S110，将两片待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的富氧层分别去除；S120，将一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域对接，将一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域对接；选取两片钛箔片，将两片钛箔片分别塞入待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中；S130，在起弧区域、收弧区域各涂刷一层钛合金焊剂涂覆层；S140，采用散焦光斑对涂覆层进行激光扫描，使得钛合金焊剂表面微熔化，固结在起弧区域、收弧区域；再采用激光焊接方式对两片待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。进一步地，所述起弧区域和所述收弧区域为分别是在两片待焊接高温钛合金板材的起焊位置、收焊位置；所述起焊位置和所述收焊位置为通过激光切割方式在所述高温钛合金板材上预制长度和宽度一定缺口区域。进一步地，所述富氧层采用激光清洗方法去除。进一步地，所述激光清洗方法为：采用波长为1064nm，脉冲宽度为130-160ns，光纤芯径为100μm，300W级参数的脉冲激光器作为清洗光源，以六轴机械手作为激光清洗运载机构，以功率280W，脉冲频率50Hz、焦距10mm的参数对高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的正反两面进行激光清洗。进一步地，所述激光清洗方法对高温钛合金板材每一面富氧层的去除厚度在0.03-0.05mm之间。进一步地，一片所述钛箔片与待焊接高温钛合金板材起弧区域的长度相等，另一片所述钛箔片与待焊接高温钛合金板材收弧区域的长度相等，且两片所述钛箔片的宽度与待焊接高温钛合金板材的厚度相等。进一步地，所述钛合金焊剂的制备方法包括：将300-500目的纯钛粉末、300-500目的BaCl2粉末、300-500目的NaF2粉末按照20:1:1的质量比进行混合，所得混合物与酒精按照1:3比例混合均匀，取沉降在底部的混合物作为钛合金焊剂。进一步地，所述钛合金焊剂涂覆层的涂刷厚度为50-500μm。进一步地，所述散焦光斑的直径为5mm-20mm。进一步地，所述激光焊接方式的激光功率1000W-5000W，速度0.5m/min-5m/min，整个激光扫描加热过程在氩气保护下进行。(3)有益效果综上，本专利技术提出了一种通过激光清洗精确定量去除起弧、收弧区域板材表面富氧层，起弧、收弧区域钛合金焊剂涂覆以及激光焊接的方式的优化调整，最终达到焊接一次成型，焊接起弧处无裂纹缺陷的优点；大大提高了钛合金材料激光焊接焊缝的稳定性，进而提高了钛合金材料的结构强度，广泛适用于航空航天及民生领域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法的流程图。图2是本专利技术实施例中两片高温钛合金板材拼接的结构示意图。图3是本专利技术实施例中两片高温钛合金板材与钛箔片拼接后的结构示意图。图4是本专利技术实施例中一种高温钛合金板材涂刷钛合金焊剂涂覆层以后的结构示意图。图5是本专利技术实施例的一种高温钛合金板材钛合金焊剂涂覆层微熔化后的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图1-附图5并结合实施例来详细说明本申请。参阅附图1所示，本专利技术实施例的一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，可以包括：S110，将两片待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的富氧层分别去除；S120，将一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域对接，将一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域对接；选取两片钛箔片，将两片钛箔片分别塞入待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中；S130，在起弧区域、收弧区域各涂刷一层钛合金焊剂涂覆层；S140，采用散焦光斑对涂覆层进行激光扫描，使得钛合金焊剂表面微熔化，固结在起弧区域、收弧区域；再采用激光焊接方式对两片待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。需要说明的是，在描述本专利技术实施例具体实施方式工作原理前需要介绍的是起弧区域、收弧区域在两个待焊接工件(在本专利技术实施例中也就是高温钛合金板材)上的位置，如附图2所示，起弧区域一般为激光焊接的起始位置(如附图2的上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，其特征在于，包括：/nS110，将两片待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的富氧层分别去除；/nS120，将一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域对接，将一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域对接；选取两片钛箔片，将两片钛箔片分别塞入待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中；/nS130，在起弧区域、收弧区域各涂刷一层钛合金焊剂涂覆层；/nS140，采用散焦光斑对涂覆层进行激光扫描，使得钛合金焊剂表面微熔化，固结在起弧区域、收弧区域；再采用激光焊接方式对两片待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，其特征在于，包括：
S110，将两片待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的富氧层分别去除；
S120，将一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的起弧区域对接，将一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域与另一片待焊接高温钛合金板材的收弧区域对接；选取两片钛箔片，将两片钛箔片分别塞入待焊接高温钛合金板材起弧区域、收弧区域的对缝间隙中；
S130，在起弧区域、收弧区域各涂刷一层钛合金焊剂涂覆层；
S140，采用散焦光斑对涂覆层进行激光扫描，使得钛合金焊剂表面微熔化，固结在起弧区域、收弧区域；再采用激光焊接方式对两片待焊接高温钛合金板材的对接焊缝进行焊接。


2.根据权利要求1所述的一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，其特征在于，所述起弧区域和所述收弧区域为分别是在两片待焊接高温钛合金板材的起焊位置、收焊位置；所述起焊位置和所述收焊位置为通过激光切割方式在所述高温钛合金板材上预制长度和宽度一定缺口区域。


3.根据权利要求1所述的一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，其特征在于，所述富氧层采用激光清洗方法去除。


4.根据权利要求3所述的一种高温钛合金板材焊缝裂纹的消除控制方法，其特征在于，所述激光清洗方法为：采用波长为1064nm，脉冲宽度为130-160ns，光纤芯径为100μm，300W级参数的脉冲激光器作为清洗光源，以六轴机械手作为激光清洗运载机构，以功率280W，脉冲频率50Hz、焦距10mm的参...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，段爱琴，何恩光，姜宽，孔德夷，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11