【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料焊接，具体涉及一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法及其应用。
技术介绍
1、钛合金作为一种重要金属结构材料，具有比强度高、耐海水和海洋大气腐蚀等优良综合性能，被广泛应用于舰船及水下武器的耐压壳体，是我国重要装备轻量化的战略材料之一。然而，钛合金构件的加工难度显著高于铝合金、镁合金等，在我国舰艇等海洋工程装备中的应用比例还较低，大力推进钛合金的工业应用是一项极其重要且富有挑战性的工作。
2、现阶段，钛合金的焊接方法主要有电子束焊和激光焊等熔焊工艺。由于焊接温度超过材料熔点，钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′相、α"相或过冷β等亚稳相。在复杂环境的服役过程中，这些亚稳相易在晶界处发生分解，进而可能造成接头开裂；钛合金的熔焊与固相焊相比，其焊接效率相对较低，在焊接厚度、结构复杂性以及可达性方面尚存在不足；熔化过程还易造成接头组织粗大、气孔以及残余应力大等问题，并且更易吸收氢、氧及氮等元素，造成接头发生明显脆化。搅拌摩擦焊接是一种固相焊接技术，可有效避免上述熔焊过程中常见的重要冶金缺陷，为钛合金的高质量焊接提供了新思路。
3、然而，钛合金搅拌摩擦焊接存在的主要问题是接头塑性较差，其强韧性还有待进一步提升。究其原因，钛合金搅拌摩擦焊接需采用较高的焊接温度(超过β相转变线)，接头在大的温度梯度下发生相变及再结晶行为，组织均匀性较差；同时受限于保护措施，焊接过程中难以将空气完全隔绝，接头会发生一定程度的氧化，进而严重降低接头的塑/韧性。若在尽可能低的热输入下完成钛合金搅
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术主要解决的技术问题：现有技术中通过低热输入会导致焊缝底部温度较低、材料流动性较差，进而形成焊接缺陷的技术问题。本专利技术提供一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法。该方法通过在低热输入工艺下(低于β相转变线)的搅拌摩擦焊接过程中引入底部辅助加热技术，并在焊缝表面施加强制冷却，使接头在低于β相转变线温度下实现良好成形，以提高接头的力学性能及使用寿命。
2、本专利技术第一个目的是提供一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，包括以下步骤：
3、对待焊板材的表面进行去除氧化物处理；
4、在惰性气体的保护下，对处理后的待焊板材底部进行加热，使其温度达到200～500℃时，开始进行搅拌摩擦焊接；其中，在焊接过程中，在焊缝的上表面同时进行冷却；
5、在焊接完成后，继续对焊缝进行惰性气体保护，直至焊缝冷却至室温。
6、优选的，搅拌摩擦焊接的工艺参数设置为：搅拌工具转速为200-1500rpm，焊接速度为30～100mm/min，下压量为0.1～0.3mm。
7、优选的，待焊板材底部进行加热是采用电阻加热的方式对待焊板材底部进行加热。
8、优选的，待焊板材底部进行加热，包括：将待焊板材置于辅助加热垫板上，通过辅助加热垫板对待焊板材底部进行加热。
9、优选的，在焊接过程中，搅拌摩擦焊接的接头的温度不超过β相转变线温度。
10、优选的，在焊缝的上表面同时进行冷却是在焊缝上表面采用水冷或液氮冷却。
11、优选的，对待焊板材的表面进行去除氧化物处理，包括用砂纸对待焊板材表面进行打磨以去除氧化物，并用酒精擦拭以去除板材表面污渍。
12、优选的，所述待焊板材的材质包括钛合金、铝合金、镁合金、高温合金或钢材。
13、本专利技术第二个目的是提供一种将上述方法在改善金属焊缝强韧性中的应用。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
15、本专利技术提供的一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，该方法在低热输入工艺下(低于β相转变线)的搅拌摩擦焊接过程中引入底部辅助加热技术，并在焊缝表面施加强制冷却，使接头在低于β相转变线温度下实现良好成形。低温fsw工艺可以避免组织粗大以及降低接头氧化程度；底部辅助加热与焊缝表面强制冷却可以降低接头在厚度方向上的温度梯度，减小接头的组织不均匀性，以提高接头的综合力学性能；底部辅助加热还可以降低搅拌工具的磨损，并增加焊缝底部材料的流动性，进而避免焊缝底部产生缺陷。本专利技术除了用来改善钛合金焊缝强韧性外，还可用于其他金属材料的焊接接头，改善接头焊接质量以提高其使用寿命。
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1.一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，搅拌摩擦焊接的工艺参数设置为：搅拌工具转速为200-1500rpm，焊接速度为30～100mm/min，下压量为0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，待焊板材底部进行加热是采用电阻加热的方式对待焊板材底部进行加热。
4.根据权利要求3所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，待焊板材底部进行加热，包括：将待焊板材置于辅助加热垫板上，通过辅助加热垫板对待焊板材底部进行加热。
5.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，在焊接过程中，搅拌摩擦焊接的接头的温度不超过β相转变线温度。
6.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，在焊缝的上表面同时进行冷却是在焊缝上表面采用水冷或液氮冷却。
7.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，对待焊板材的表面进行去
8.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，所述待焊板材的材质包括钛合金、铝合金、镁合金、高温合金或钢材。
9.一种权利要求1～8任一项所述的方法在改善金属焊缝强韧性中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，搅拌摩擦焊接的工艺参数设置为：搅拌工具转速为200-1500rpm，焊接速度为30～100mm/min，下压量为0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，待焊板材底部进行加热是采用电阻加热的方式对待焊板材底部进行加热。
4.根据权利要求3所述的改善钛合金焊缝强韧性的焊接方法，其特征在于，待焊板材底部进行加热，包括：将待焊板材置于辅助加热垫板上，通过辅助加热垫板对待焊板材底部进行加热。
5.根据权利要求1所述的改善钛合金焊...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏宇，李文亚，杨夏炜，熊阳宇，邹阳帆，吴东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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