本发明专利技术是一种适合TiAl基合金自身连接的氩弧焊方法。本发明专利技术中通过焊前热处理改善被焊TiAl基合金本身的塑性，从而提高TiAl基合金的可焊性，焊前选择的热处理温度为1310～1350℃。制备Ti-Al-Nb系填充材料，Ti-Al-Nb系填充材料的具体成分为Al40～50、Nb0～10、V0～3、Mo0～2、Cr0～4、Ti余量。采用感应线圈对焊接部位预热，预热温度500～800℃，为了避免TiAl基合金氧化和吸氢脆化等问题，预热及焊接操作均在充氩箱内完成，焊接完成后，对焊件进行退火去应力处理，退火温度900℃。与电子束焊、激光焊等方法相比相比，该发明专利技术提供的焊接方法操作简便，成本低，便于推广，可用于对TiAl基合金的铸件或锻件进行缺陷的补焊，TiAl基合金自身的高效连接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接
，涉及。
技术介绍
TiAl金属间化合物合金密度仅3. 8-4. Og/cm3,是镍基高温合金的1/2，比钛合金还低10%;其室温弹性模量高达160-170GPa，比钛合金高30%，而且弹性模量在750°C高温还能保持150GPa，与GH4169高温合金相当；TiAl基合金还具有高比强度，室温_800°C强度保持率达80%，高蠕变抗力、优异的抗氧化和阻燃性能，可在760°C -800°C长期工作，是非常具有发展前途的轻质耐高温结构材料。从上世纪八十年代末至今，国外已公开报道了多达十几个TiAl零部件完成了地面装机试验，试验结果非常理想。TiAl基合金的推广应用必然涉及到连接技术，目前连接TiAl基合金的方法主要包括弧焊、电子束焊、激光焊、钎焊、扩散焊和摩擦焊等。其中，弧焊连接作为一种最通用的焊接方法因成本低、操作简单、生产效率高，在工程修复中应用广泛。目前，国外研究学者关于TiAl基合金弧焊的焊接性研究主要集中在最基本的可焊性研究，尤其是通过各种方法避免焊接接头产生裂纹。文献《Analysis of Gamma Titanium Aluminideffelds Produced by Gas Tungsten Arc Welding》(M. F. ARENAS， V.L. ACOFF. Welding Journal, 2003,82(5) :pll0-115)采用GTA焊接铸造Ti-48Al_2Cr_2Nb，研究发现通过控制焊接参数控制α 2相的含量对于焊缝的机械性能及室温延性非常重要。文献《Evolution of the weld heat-affected zonemicrostructure in a Ti-48Al-2Cr-2Nb gamma titanium aluminide》(Mallory L 等.Journal of Materials Science Letters,1994 (13) P1061-1065)研究了铸态Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钨极气体保护焊(GTAW)的焊接性，发现预热到800°C时没有产生裂纹，但是在无预热的相同条件时接头存在大量裂纹，接头强度系数无数据报道。电子束焊与激光焊同属于熔焊方法，焊接过程存在与弧焊同样的问题——易出 ^；·《Development of crack-free welds in aTiAl-based alloy》 (M. C. Chaturvedi 等，Materials Processing Technology, 2001，118 :p74_78)研究了 Ti-45Al-2Nb-2Mn-0. STiB2焊接过程中接头约束及相转变对电子束焊接的作用。研究发现，焊接裂纹产生的频率在α相开始转变时骤降，α相完全转变时裂纹产生的频率变为零，需对电子束焊接工艺进行严格控制才能得到无裂纹的接头。文献《Fundamental study about CO2 Laser Welding of Titanium AluminideIntermetallic Compound》 (Gaku Kuwahara, Shigeru Yamaguchi, KenzoNanri. First International Symposium on Laser PrecisionMicrofabrication :14-16June 2000, Omiya, Saitama, Japan) 用 CO2 ^ ^ 行TiAl合金平板堆焊，激光束斑直径为0. 5mm，输出功率为1. 5KW，试验发现当预热温度为 873K时，试验得到了无裂纹焊缝。尽管关于获得TiAl合金无裂纹焊缝的氩弧焊研究有零星的报道，但还没有形成一整套稳定控制焊缝质量并获得高强度TiAl合金氩弧焊接头的方法。已有的研究结果表明，TiAl基合金可以进行熔化焊，但由于Y-TiAl本身滑移系较少，位错运动和增殖困难，室温塑性低及变形能力差，焊接过程中极易出现固态裂纹。具体到TiAl基合金的弧焊技术而言，尚处于较低水平，仅局限于如何避免焊接裂纹阶段以及焊接接头的组织研究，而力学性能方面的报道鲜见。目前尚缺乏适用于TiAl基合金材料氩弧焊接的实用技术。缺乏一整套稳定控制焊缝质量并获得高强度的TiAl基合金材料氩弧焊接头的方法。TiAl基合金弧焊使用的填充材料也未见相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种具有实用性，并且能够满足TiAl基合金的焊接，以及拓宽TiAl基合金的应用范围的。本专利技术的技术解决方案是，(1)制备TiAl基合金氩弧焊用填充材料，成分原子百分比为A140.0 50. 0、NbO 10. 0、VO 3. 0、MoO 2. 0、CrO 4. 0、Ti 余量；(2)对待焊的TiAl基合金进行焊前热处理，热处理温度为1310 1350°C ；(3)在充氩箱内，采用感应线圈预热待焊试件或待焊部位，测量被焊TiAl合金距离焊缝20mm以内位置处的温度，预热温度在500 800°C之间；(4)在充氩箱内进行钨极氩弧焊焊接；(5)焊后充氩条件下对焊件进行退火热处理，热处理温度为900士50°C。本专利技术的优点是①本专利技术提出，焊前对TiAl基合金进行热处理，通过改变TiAl基合金的组织，改善被焊TiAl基合金本身的塑性，从而提高TiAl合金的可焊性。②配合采用感应预热的方式可以有效抑制焊接裂纹，感应线圈的选择根据焊件的形状、大小灵活选择。采用感应线圈加热待焊部位的速度快、效率高，并且对于较大尺寸的焊件而言，可以只加热需要焊接的部位，减少了热输入对其他完好部位的损害，并且节约能源。感应加热在充氩箱内进行，避免常规空气加热引起的表面氧化、氢脆等问题。③选择Ti-Al-Nb系合金作为TiAl合金焊接的填充材料，与基体材料同系，获得的接头组织均勻，与母材结合牢固，焊缝与基体之间过渡平滑。Nb元素对适当改善焊缝塑性提高焊接抗裂性有好处。④本专利技术获得的接头均无裂纹，TiAl/TiAl接头的室温拉伸强度为530 550MPa， TiAl/TiAl接头的760°C高温拉伸强度为550 560MPa，接头强度系数较高，均达到了母材 TiAl基合金室温和高温拉伸强度的95%左右。具体实施例方式(1)通过以下方式制备填充材料①原材料配置，基体元素以0级海绵钛和钛基中间合金形式添加，合金元素Al、 Nb、V、Cr以钛基、铝基中间合金或纯金属形式添加，按重量百分比配制，成分原子百分比为 A140. 0 50. 0、NbO 10. 0、VO 3. 0、MoO 2. 0、CrO 4. 0、Ti 余量；②合金熔炼，采用真空电弧熔炼或感应熔炼+真空自耗电弧熔炼法进行熔炼，为确保合金成分的均勻性，采用上述方法中的一种或多种方法至少熔炼三次，浇铸成棒或锭；③采用线切割方法将合金棒(或锭)加工至所需尺寸并且去除表面因线切割加工引起的氧化或污染层；( 对TiAl基合金进行焊前热处理以改善基体材料的塑性，从而提高TiAl基合金的可焊性，焊前热处理温度为1310 1350°C，根据待焊件的尺寸选择热处理时间，选择的时间足以使焊件整体均勻受热。(3)焊件的焊前准备，加工待焊部位及焊本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适合ＴｉＡｌ基合金自身连接的氩弧焊方法，其特征在于：按以下步骤进行：（１）制备ＴｉＡｌ基合金氩弧焊用填充材料，成分原子百分比为：Ａｌ４０．０～５０．０、Ｎｂ０～１０．０、Ｖ０～３．０、Ｍｏ０～２．０、Ｃｒ０～４．０、Ｔｉ余量；（２）对待焊的ＴｉＡｌ基合金进行焊前热处理，热处理温度为１３１０～１３５０℃；（３）在充氩箱内，采用感应线圈预热待焊试件或待焊部位，测量被焊ＴｉＡｌ合金距离焊缝２０ｍｍ以内位置处的温度，预热温度在５００～８００℃之间；（４）在充氩箱内进行钨极氩弧焊焊接；（５）焊后充氩条件下对焊件进行退火热处理，热处理温度为：９００±５０℃。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘文慧，熊华平，郭绍庆，张学军，周标，李能，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：11
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