Ti-6Al-4V钛合金的脉冲大电流加热焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种采用脉冲大电流加热方法焊接Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金的焊接技术。先将Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金加工成所需尺寸大小，然后对焊面采用不同级别水砂纸逐级打磨，再用金相砂纸把表面磨平整，以尽量使两待焊面充分接触，之后将待焊试样放入脉冲大电流加热装置中，将装置腔体抽真空至４～６Ｐａ，然后将腔体中通入高纯Ａｒ进行保护，由于脉冲大电流的作用使待焊试样加热到设定的温度，并保温一定时间，制备出接头接合良好、力学性能优良的大尺寸Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金焊接件。该方法设备简单、成本低，制备过程耗时短且生产效率高。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及Ti-6Al-4V钛合金的焊接工艺和脉冲大电流加热方法。
技术介绍
Ti-6Al-4V属于典型的α+β两相钛合金，具有比重轻、室温和高温比强度高、耐蚀性好、高弹性模量、抗氧化强、比刚度高、良好的工艺塑性、超塑性、热稳定性和热加工工艺性好等特点，适用于各种压力加工成形及各种方式的焊接和机械加工。综合力学性能较好，能热处理强化。切削加工性及压力加工性能均好，室温强度高，在150℃～500℃范围内耐热性较好。可用于450℃以下使用的喷气发动机压力机叶片和涡轮盘，400℃以下长期工作零件，结构锻件、各种容器、泵、低温部件、坦克履带、舰船耐压壳体等、在耐腐蚀性和高强度这两个重要领域广泛使用。传统的焊接Ti-6Al-4V钛合金的方法有电子束焊、激光焊、等离子弧焊、摩擦焊、扩散焊。电子束焊接的应用弱点(1)电子束焊枪结构复杂，设备投资和运行成本高；(2)焊接一般要在10-2～10-4Pa高真空室中进行，真空室尺寸限制了焊件大小；(3)细微的电子束斑，要求接头间隙加工、装配十分严格，从而使焊缝对准十分困难，焊接件接头强度难以得到保证。以上弱点限制了电子束焊接Ti-6Al-4V钛合金的广泛应用。焊接过程的稳定性是影响材料焊接质量和接头组织性能的重要方面，也往往成为生产的关键环节。但钛合金激光焊接过程出现的不稳定性是激光焊接方法所固有的一种规律性。且因(1)激光器特别一高功率连续波激光器价格十分昂贵；(2)激光器的电光转换及整体效率都很低；(3)对焊件接口加工、组装、定位要求均很高；(4)CO2激光器运行时要耗用He气，运行成本也高，而限制了激光焊接方法对Ti-6Al-4V钛合金焊接的使用。而摩擦焊接也具有以下的局限性(1)焊件必须依靠旋转进行摩擦，难以焊接非圆截面工件，盘状及薄壁管件因难以夹固亦难实现焊接；(2)受主轴电机功率及压力限制，目前可以焊接的最大端面为200cm2；(3)焊机一次性投资较大，只有生产批量足够大时，才能达到低成本的目的。扩散焊的缺点如下(1)对焊件待焊表面的制备要求高，为了使界面两侧焊件实行原子间的相互扩散，必须使表面原子间距离达到(1～5)×10-8cm以内。但实际即使经磨削加工的金属表面，其表面不平度偏差仍然有(0.8～1.6)×10-4cm，在正常扩散压力下，实际金属接触面积仅为表面积的1％左右。此外，表面还可能有金属氧化膜及油、水、锈等污染物。因此表面加工及清理是扩散焊十分重要的条件。(2)焊接时间长、生产率低。本专利技术的目的是要提供一种Ti-6Al-4V钛合金有效的脉冲大电流加热焊接方法。这种方法不仅能在较低焊接温度、较短保温时间内焊接Ti-6Al-4V钛合金，而且操作简单、所制备的焊接件尺寸大、力学性能优良，从经济效率方面来说，能有效提高生产效率、降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术具体实现过程如下将Ti-6Al-4V钛合金棒加工成所需尺寸大小；对待焊面采用不同级别水砂纸逐级打磨，然后用金相砂纸把表面磨平整，以尽量使两待焊面能充分接触；将待焊试样放入脉冲大电流加热装置；将装置腔体抽真空至4～6Pa，然后将腔体中通入高纯Ar进行保护；脉冲大电流加热导入待焊试样；由于脉冲大电流作用使待焊试样加热到设定的温度600℃～700℃，并保温5～15min，焊接压力为5MPa。由于钛在300℃以上极易与氢反应，600℃以上极易与氧反应，700℃以上极易与氮反应。而空气中含有大量的氧和氮，因此在焊接高温下钛很容易被氧化。因此在焊接过程中采用高纯氩气(≥99.99％)气氛保护。本专利技术提供了一种Ti-6Al-4V钛合金的低焊接温度、短保温时间的焊接方法，且能焊接大尺寸构件。该方法与已有的具有Ti-6Al-4V钛合金焊接工艺相比较，克服了投资大、焊接时间长、焊接质量难以控制、焊接件尺寸小的局限，具有传统Ti-6Al-4V钛合金焊接工艺所不具备的焊接时间短、简单易操作、焊接件尺寸大且质量可靠、制备过程经济等优异性能，具有重大的应用价值。附图说明图1脉冲大电流加热方法焊接Ti-6Al-4V钛合金工艺流程图。图2脉冲大电流加热焊接示意图。具体实施方案实施例1取两尺寸为φ20mm×15mm的Ti-6Al-4V钛合金块体，将待焊面加工到比较平整后放入脉冲大电流加热装置中。先将装置腔体抽真空至4Pa，然后将腔体中通入高纯Ar进行保护，焊接温度为700℃，保温时间为5min，压力为5MPa。得到的焊接件界面处有一定厚度的扩散过渡层，拉伸强度大于母材的强度值，断裂发生在基体。实施例2取两尺寸为φ20mm×15mm的Ti-6Al-4V钛合金块体，将待焊面加工到比较平整后放入脉冲大电流加热装置中。先将装置腔体抽真空至5Pa，然后将腔体中通入高纯Ar进行保护，焊接温度为650℃，保温时间为10min，压力为5MPa。得到的焊接件界面处有一定厚度的扩散过渡层，拉伸强度达900MPa以上。实施例3取两尺寸为φ20mm×15mm的Ti-6Al-4V钛合金块体，将待焊面加工到比较平整后放入脉冲大电流加热装置中。先将装置腔体抽真空至6Pa，然后将腔体中通入高纯Ar进行保护，焊接温度为600℃，保温时间为15min，压力为5MPa。得到的焊接件界面处有一定厚度的扩散过渡层，拉伸强度大于母材的强度值，断裂发生在基体。权利要求1.一种Ti-6Al-4V钛合金的脉冲大电流加热焊接方法，其特征在于先将Ti-6Al-4V钛合金加工成所需尺寸大小，然后对待焊面采用不同级别水砂纸逐级打磨，再用金相砂纸把表面磨平整，以尽量使两待焊面充分接触，之后将试样放入脉冲大电流加热装置中，将装置腔体抽真空至4～6Pa，然后将腔体中通入高纯Ar(≥99.99％)进行保护，由于脉冲大电流的作用使待焊试样加热到设定的温度，并保温一定时间，其中焊接温度为600℃～700℃，保温时间为5～15min，焊接压力为5MPa。全文摘要本专利技术提供了一种采用脉冲大电流加热方法焊接Ti－6Al－4V钛合金的焊接技术。先将Ti－6Al－4V钛合金加工成所需尺寸大小，然后对焊面采用不同级别水砂纸逐级打磨，再用金相砂纸把表面磨平整，以尽量使两待焊面充分接触，之后将待焊试样放入脉冲大电流加热装置中，将装置腔体抽真空至4～6Pa，然后将腔体中通入高纯Ar进行保护，由于脉冲大电流的作用使待焊试样加热到设定的温度，并保温一定时间，制备出接头接合良好、力学性能优良的大尺寸Ti－6Al－4V钛合金焊接件。该方法设备简单、成本低，制备过程耗时短且生产效率高。文档编号B23K13/06GK1593833SQ200410013469公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月15日 优先权日2004年7月15日专利技术者傅正义, 何代华, 王为民, 王玉成, 张金咏, 张清杰 申请人:武汉理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金的脉冲大电流加热焊接方法，其特征在于先将Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ钛合金加工成所需尺寸大小，然后对待焊面采用不同级别水砂纸逐级打磨，再用金相砂纸把表面磨平整，以尽量使两待焊面充分接触，之后将试样放入脉冲大电流加热装置中，将装置腔体抽真空至４～６Ｐａ，然后将腔体中通入高纯Ａｒ（≥９９．９９％）进行保护，由于脉冲大电流的作用使待焊试样加热到设定的温度，并保温一定时间，其中：焊接温度为６００℃～７００℃，保温时间为５～１５ｍｉｎ，焊接压力为５ＭＰａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅正义，何代华，王为民，王玉成，张金咏，张清杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]