本发明专利技术涉及一种在钛合金焊接过程中填加钛合金粉末或其他材料粉末的焊缝组织细化与塑性改善方法。方法为：在钛合金焊接熔池的尾部通过一粉末填加装置将同质或异质粉末加入到正在结晶的熔池中，一方面利用未熔尽的粉末作为形核核心，另一方面利用粉末的熔化吸热加速熔池的凝固，增加焊缝中同时结晶的晶粒数目，使钛合金焊缝组织细化，达到提高钛合金焊接接头塑性的目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在钛合金焊接过程中细化焊缝组织提高焊缝塑性 的方法。
技术介绍
钛合金是当今最重要的航空结构材料之一，这些合金自身具有较高 的强度、塑性和韧性，完全可以满足飞机结构的设计和使用要求。但是， 随着飞机减重需求的进一步突显，许多钛合金结构件希望采用焊接结 构；另外， 一些结构由于尺寸或形状原因，直接采用锻造、铸造和机加 工工艺制造的难度很大，也希望采用焊接技术。因此钛合金，尤其是某 些中高强度钛合金的焊接性能问题变得至关重要。不少性能优良的钛合 金经过焊接热循环和一系列冶金变化，焊缝的性能损失严重。虽然经过 一定的焊后热处理，仍难以恢复至母材或合用的水平。这使钛合金的推 广应用受到很大的限制。对于许多钛合金焊接而言，普遍存在的一个突出问题是焊缝塑性降 低严重。造成钛合金焊缝塑性降低的一个重要原因就是焊缝初始e晶粒 粗大，且往往以柱状晶的形式贯穿焊缝的大部分厚度。钛合金焊接造成 的粗大晶粒和晶内针状结构，很难通过焊后热处理改变。为控制钛合金 焊缝凝固过程、细化初始e晶粒，人们提出了多种工艺，但效果仍不够 理想。如采用低热输入的高能束焊，虽能细化初始P晶粒，但因晶内针 状结构过于细密，塑性改善并不明显。电磁搅拌作为一种细化焊缝晶粒 的工艺，在铝合金、钢的焊接方面取得了成功的应用，但用于钛合金焊 接，仍未取得明显效果。通过焊丝向熔池中填加Y元素进行变质处理， 可以收到细化晶粒、防止热裂纹的效果，但焊缝强度提高，塑性有所降 低，进一步的研究表明，添加Y不能阻止晶粒从焊缝界面的联生生长， 晶粒细化仅局限于焊缝中心。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种减轻钛合金焊接过程中焊缝塑性降低的 。本专利技术的技术解决方案是，在焊枪后方通过一粉末填加装置向熔池后半部填加钛合金粉末 或其他性质的粉末，其具体步骤是，1) 根据待焊工件的材料性质，确定焊接时填加粉末的材质，可以 是同质也可以是异质，以所填加粉末熔点略高于待焊材料熔点为宜；2) 采用旋转电极法或雾化法制备粒度范围在-40目 +80目的粉末；3) 根据试板厚度确定焊接电流、焊接速度和送粉速度，送粉速度 范围为1. 0g/min 8. Og/min;4) 通过拖罩-粉末出口调节器，调节粉末出口的角度、宽度、高度 及其与钨极的距离，粉末出口与水平方向夹角为25。 45° 、粉末出口 宽度与熔池宽度相适应，为5ram 10咖，粉末出口下缘高出焊件2mm 6mm，粉末出口下端前缘位于钨极轴线后方5誦 10mm;5) 送粉采用气载非接触式方式，根据送粉速度确定送粉托盘电机 转速，根据粉末粒度和比重确定载粉氩气流量；6) 焊接时采用先送载粉氩气-再送粉-后引弧的方式启动焊接，通 过拖罩-粉末出口调节器将粉末由焊枪后方以25° 45°的角度和以待 焊件上表面为基准2mm 6mm的高度送入焊接熔池的后半部分；焊接结 束时，以先停止送粉-再停止送载粉氩气-最后熄弧的方式结束焊接。焊接过程细化焊缝组织提高焊缝塑性方法的粉末填加装置是由非 接触式气载送粉控制器、送粉管路、氩气瓶、拖罩-粉末出口调节器、 送气管路组成，非接触式气载送粉控制器的壳体内装有电机，电机通过 线路与转速调节器相连，电机的旋转轴上安装一个托盘，托盘安装于一 个腔体中，托盘的盘面上开有环形槽，托盘的上方设置一个漏斗，漏斗 下部插入腔体，腔体的上侧开有一个进气管，进气管通过氩气管路和一 个流量计与氩气瓶相连，从腔体的内部上壁通过螺栓固定一个刮板于 托盘环形槽中，刮板前侧的环形槽上方设有一个吸气管，吸气管伸出封 闭腔体与送粉管路相接；漏斗的下端口与托盘上的环形槽对正平齐，漏 斗的上端置于非接触式气载送粉控制器壳体的外部并密封；拖罩-粉末 出口调节器的拖罩的底部为一不锈钢丝网底面，拖罩内通入一个氩气 管，氩气管的上部均匀开有一排小孔，粉末出口从拖罩的上方斜插穿入 拖罩并从拖罩的下方伸出，粉末出口的上端与送粉管路相连，拖罩通过 连接装置安装于焊枪的后部。本专利技术具有的优点和有益效果，本专利技术通过在焊接过程中向焊接熔 池中填加与被焊钛合金同质或异质的粉末，利用未熔尽的粉末作为焊缝 形核的核心，增加同时结晶的晶粒数目，使钛合金焊缝组织细化，实现 提高焊缝塑性的目的。该方法可采用同质或异质钛合金粉末，也可采用 熔点较高的氧化物、碳化物粉末作为异质形核的核心。通过采用不同粒 度搭配的粉末，可利用较大粒度的粉末造成未熔尽形核核心，也可利用 较小粒度粉末熔化吸热加快熔池的凝固，细化钛合金焊缝的一次结晶组 织。本专利技术克服了钛合金粗大焊缝组织无法通过焊后热处理进行细化的 周限，使焊缝一次结晶组织得到细化，具有实质性的特点和显著进步。 与能够细化初始e晶粒的低热输入的高能束焊相比，本专利技术可避免因晶 内组织过于细密而造成的塑性降低。与电磁搅拌相比，本专利技术细化焊缝 组织及提高塑性的效果更明显。采用含Y元素焊丝的方法仅使焊缝中心 的晶粒细化，本专利技术可使整个焊缝的组织得到细化，改善焊缝塑性的效 果更明显。附图说明图1为本专利技术粉末填加装置结构示意图。 具体实施例方式本专利技术是通过以下技术方案实现的，根据待焊钛合金的材质，制造或选择同质或异质、粒度适中(-40目 +80目)的粉末，在焊接过程中 采用气载非接触方式以合适的送粉速度(1.0g/min 8.0g/min)，通过 粉末出口调节器以合适的角度(与水平方向夹角25° 45° )、宽度 (5mm 10mm)、高度(高出焊件2mm 6mm)和距离(粉末出口下端前缘 位于钨极轴线后方5mm 10mm)将粉末输送到焊接熔池的后半部。 其具体步骤是，(1) 根据待焊钛合金的材质，确定填加粉末的材质，粉末可以与 待焊钛合金同质也可以异质，以所填加粉末熔点略高于待焊材料熔点为 宜。(2) 采用旋转电极法或雾化法制备粒度范围适中的粉末，粉末粒 度以-40目 +80目为宜。(3) 根据待焊钛合金的厚度确定焊接电流、焊接速度和送粉速度。 送粉速度范围为1.0g/min~8.0g/min。(4) 将粉末加入送粉器物料漏斗中，拧紧漏斗盖，确保漏斗与外 界空气隔绝。(5) 接通送粉控制器电源，将送粉控制器载粉氩气进气管通过软管和流量计与氩气瓶相连接。(6 )进行送粉速度与送粉器托盘电机转速电压对应关系的标定。(7) 将送粉器吸气管出口通过塑料软管与拖罩-粉末出口调节器相连接。(8) 通过拖罩-粉末出口调节器，调节粉末出口的角度、宽度、高 度及与钨极的距离。粉末出口与水平方向夹角为25° 45° 、粉末出口 宽度与熔池宽度相适应，为5mm 10mm，粉末出口下缘高出焊件2mm 6mm，粉末出口下端前缘位于钩极轴线后方5mm 10mm。(9) 根据送粉速度在送粉控制器上设定托盘电机转速电压(1V 5V)，设定载粉氩气流量，载粉氩气流量为2. 5L/min 5.0L/min。(10) 设定焊机的焊接电流、焊接速度，设定拖罩保护氩气、焊枪 保护氩气以及背面保护氩气的流量；(11) 以先送载粉氩气-再送粉-后引弧的方式启动焊接，焊接完毕 时以先停止送粉-再停止送载粉氩气-最后熄弧的方式结束焊接。焊接过程细化焊缝组织提高焊缝塑性方法的粉末填加装置是由非 接触式气载送粉控制器、送粉管路8、氩气瓶26、拖罩-粉末出口调节 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛合金焊接过程细化焊缝组织提高焊缝塑性的方法，其特征在于，在焊枪后方通过一粉末填加装置向熔池后半部填加钛合金粉末或其他性质的粉末，其具体步骤是， １）根据待焊工件的材料性质，确定焊接时填加粉末的材质，可以是同质也可以是异质，以所填加粉末熔点略高于待焊材料熔点为宜； ２）采用旋转电极法或雾化法制备粒度范围在－４０目～＋８０目的粉末； ３）根据焊件厚度确定焊接电流、焊接速度和送粉速度，送粉速度范围为１．０ｇ／ｍｉｎ～８．０ｇ／ｍｉｎ； ４）通过拖罩－粉末出口调节器，调节粉末出口的角度、宽度、高度及其与钨极的距离，粉末出口与水平方向夹角为２５°～４５°、粉末出口宽度与熔池宽度相适应，为５ｍｍ～１０ｍｍ，粉末出口下缘高出焊件２ｍｍ～６ｍｍ，粉末出口下端前缘位于钨极轴线后方５ｍｍ～１０ｍｍ； ５）送粉采用气载非接触式方式，根据送粉速度确定送粉托盘的电机转速，根据粉末粒度和比重确定载粉氩气流量； ６）焊接时采用先送载粉氩气－再送粉－后引弧的方式启动焊接，通过拖罩－粉末出口调节器将粉末由焊枪后方以２５°～４５°的角度和以待焊件上表面为基准２ｍｍ～６ｍｍ的高度送入焊接熔池的后半部分；焊接结束时，以先停止送粉－再停止送载粉氩气－最后熄弧的方式结束焊接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭绍庆，张文扬，刘文慧，周标，张学军，李小飞，刘志彬，
申请(专利权)人：中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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