一種Ti<sub>3</sub>Al基合金雷射焊接及焊後熱處理方法
2023-07-25 06:01:16 1
專利名稱：一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理方法
技術領域：
本發明涉及焊接及焊後熱處理工藝，具體涉及一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理方法。
背景技術：
金屬間化合物是指由兩個或更多的金屬組元按比例組成的、具有不同於其組成元 素的長程有序晶體結構和金屬基本特性的化合物。Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al系金屬間化合物由 於具有較小的密度、更高的強度和更好的耐熱性能等特點，在航空、航天、能源、汽車等高科 技領域有著廣泛的應用前景，尤其是進入應用研究階段的金屬間化合物Ti3Al基合金，有較 高的彈性模量，較低的密度，與鈦合金相比，具有更好的高溫機械性能和更高的使用溫度， 與鎳基高溫合金相比，可減輕質量40%左右，是介於鈦合金和鎳基高溫合金使用溫度之間 的比較理想的航空航天用高溫結構材料。目前發展比較成熟、綜合性能比較好、已進入航天應用研究階段的Ti3Al基合金為 (α2+β/Β2+0)三相合金，以Ti-23Al-17Nb合金為代表，其室溫屈服強度可達1200MPa、拉 伸延伸率高於9%，650°C拉伸屈服強度達970MPa，該合金可作為火箭發動機渦輪盤轉子的 材料。快速冷卻或高能密度焊接方法適合用於焊接Ti3Al基合金，但焊接接頭高溫塑性 及拉伸強度不如母材。焊接後進行適當的熱處理可以在一定程度上改善接頭的塑性，但與 母材相比還有差距，而且熱處理對接頭高溫性能影響的研究相對較少。釺焊由於釺焊層的 存在，使接頭的強度與母材強度相比存在較大的差距。擴散焊接雖然可以獲得與母材接近 的接頭強度，但由於其結構和焊接條件的局限性而使其應用受到一定程度的限制。總之，國內外研究表明，經過焊接的Ti3Al基合金接頭基本上都存在高溫塑性和高 溫拉伸強度降低的問題，而且缺乏對產生接頭性能變化原因的深入研究，尤其是對工作在 高溫環境中的焊接接頭的高溫性能缺乏研究。目前，文獻表明對於Ti3Al基合金焊後熱處理研究僅處於理論層面，報導了經過某 種熱處理工藝後接頭的組織狀態，而沒有給出接頭熱處理後力學性能，未能給出一種有效 的改善接頭高溫性能的焊後熱處理工藝方法且報導多局限於Ti3Al基合金氬弧焊和電子束 焊接焊後熱處理組織分析，關Ti3Al基合金雷射焊接接頭焊後熱處理工藝未見報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理方法，以提高 Ti3Al基合金雷射焊接接頭高溫拉伸強度和塑性，解決接頭的高溫脆性問題。實現本發明目的的技術方案一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，它包 括如下步驟(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金板材，當Ti3Al基合金厚度小於2mm時，連續雷射功率為1000W 1500W、掃描速度為64cm/min 150cm/min、表面聚焦；當Ti3Al基合金厚度大於或等於2mm時，連續雷射功率為2000W 2500W、掃描速 度為150cm/min 190cm/min、表面聚焦；(2)在900 1000°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫 時間1 2小時；
(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。如上所述的一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，其步驟(1)中對於 1. 5mm厚Ti3Al基合金板材連續雷射功率為1000W 1500W、掃描速度為64cm/min 150cm/ min、表面聚焦；對於3mm厚Ti3Al基合金板材連續雷射功率為2000W 2500W、掃描速度為 150cm/min 190cm/min、表面聚焦。如上所述的一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，其步驟(2)中在 980°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫1. 5小時。本發明的效果在於本發明所述的Ti3Al基合金雷射焊接具有重要的工程應用價值。與常規熔化焊 接相比，雷射焊接能量密度高，焊縫窄，熱影響區小，對母材的熱損傷小，焊縫和熱影響區中 的組織以β /Β2相為主，室溫塑性相對較好。本發明的Ti3Al基合金雷射焊接接頭焊後熱處理工藝，可以有效的提高雷射焊接 接頭的綜合性能，特別是高溫性能，解決接頭高溫脆化問題，對該合金的工程化應用起到推 動作用。
圖1為焊態雷射焊接接頭高溫拉伸試樣和斷口照片；圖2為經980°C X 1. 5h空冷熱處理後雷射焊接接頭高溫拉伸試樣和斷口照片。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明所述的Ti3Al基合金雷射焊接接頭焊後熱處 理工藝作進一步描述。實施例中使用的Ti3Al基合金板材名義成分為Ti-23Al_17Nb(at. % )，板材的尺 寸為160mmX400mmX3mm和90mmX 160mmXL 5mm兩種規格，其中軋制方向分別為400mm長 度方向和160mm長度方向。實施例1採用3mm厚Ti3Al基合金板材，進行雷射焊接及焊後熱處理工藝(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金，連續雷射功率為2000W、掃描速度為 150cm/min,表面聚焦；(2)在980°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間1.5 小時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。如圖1和圖2所示，試驗表明經過本發明的熱處理工藝可以有效的改善Ti3Al基 合金雷射焊接接頭650°C高溫拉伸性能。
實施例2採用3mm厚Ti3Al基合金板材，進行雷射焊接及焊後熱處理工藝(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金，連續雷射功率為2500W、掃描速度為 180cm/min，表面聚焦；(2)在900°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間2小 時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。實施例3採用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，進行雷射焊接及焊後熱處理工藝(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金，連續雷射功率為1000W、掃描速度為 64cm/min，表面聚焦；(2)在900°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間1.5 小時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。實施例4採用1. 5mm厚Ti3Al基合金板材，進行雷射焊接及焊後熱處理工藝(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金，連續雷射功率為1500W、掃描速度為 150cm/min,表面聚焦；(2)在1000°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間1 小時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。
權利要求
一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，其特徵在於它包括如下步驟(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金板材，當Ti3Al基合金厚度小於2mm時，連續雷射功率為1000W～1500W、掃描速度為64cm/min～150cm/min、表面聚焦；當Ti3Al基合金厚度大於或等於2mm時，連續雷射功率為2000W～2500W、掃描速度為150cm/min～190cm/min、表面聚焦；(2)在900～1000℃、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間1～2小時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。
2.根據權利要求1所述的一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，其特徵在於 步驟(1)中對於1. 5mm厚Ti3Al基合金板材連續雷射功率為1000W 1500W、掃描速度為 64cm/min 150cm/min、表面聚焦；對於3mm厚Ti3Al基合金板材連續雷射功率為2000W 2500W、掃描速度為150cm/min 190cm/min、表面聚焦。
3.根據權利要求1所述的一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理工藝，其特徵在於 步驟(2)中在980°C、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫1.5小時。
全文摘要
本發明提供一種Ti3Al基合金雷射焊接及焊後熱處理方法，它包括如下步驟(1)採用CO2連續雷射熔透焊接Ti3Al基合金板材；(2)在900～1000℃、真空條件下對Ti3Al基合金雷射焊接接頭進行熱處理，保溫時間1～2小時；(3)對熱處理後的Ti3Al基合金雷射焊接接頭採用空氣冷卻。本發明的Ti3Al基合金雷射焊接接頭焊後熱處理工藝，可以有效的提高雷射焊接接頭的綜合性能，特別是高溫性能，解決接頭高溫脆化問題，對該合金的工程化應用起到推動作用。
文檔編號B23K26/32GK101966622SQ201010156288
公開日2011年2月9日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者吳愛萍, 宋志華, 張益坤, 朱瑞燦, 王國慶, 謝美蓉, 趙玥, 鄒貴生 申請人:中國運載火箭技術研究院;首都航天機械公司