CN100393473C - 高强双相钛合金用焊丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于多种高强双相钛合金焊接时用焊丝。焊丝的合金成分为(wt%)：Al：3.0～5.0，Mo：1.5～3.0，V：1.5～3.0，Zr：1.0～2.0，Nb：3.0～5.0，Hf：0.1～0.3，Ti：余量。制备填充材料或焊丝时：(合金Al)Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；在真空自耗电弧炉熔炼铸锭≥3次；锻造、退火处理，拉拔。

Description

高强双相钛合金用焊丝
技术领域
本发明涉及一种适合于多种高强双相钛合金焊接时用的焊丝。
背景技术
我国目前在焊接中强及高强钛合金时，一般选用钼当量近2.2的C∏2焊丝(国产化后牌号为TA20焊丝)，其化学成分为(wt％)：Al 3.5～4.5、V 2.5～3.5、Zr 1.0～2.0、Ti余量。用其焊接中强钛合金时，可以获得力学性能优良的焊接接头；但用其焊接高强钛合金时，由于C∏2焊丝低的合金化程度，不能保证接头必要的强度，在多层焊时这种趋势更为明显。本发明即是针对这种问题，研制出钼当量为4.0～6.0的Ti-Al-Mo-V-Zr-Nb-RE系多元合金化焊丝，用其焊接各种高强双相钛合金，以获得强度、塑韧性指标都很满意的焊接接头。
发明内容：本发明的目的是提供一种适用于多种高强双相钛合金焊接用焊丝。本发明的技术解决方案是，焊丝的合金成分为(wt％)：Al：3.0～5.0，Mo：1.5～3.0，V：1.5～3.0，Zr：1.0～2.0，Nb：3.0～5.0，Hf：0.1～0.3，Ti：余量。
制备焊丝的方法：(1)合金Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；(2)在真空自耗电弧炉熔炼铸锭≥3次；(3)将铸锭去缩孔，车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为：加热温度1100±10℃，保温60min；(4)将开坯锻后的焊料自由锻为棒材，自由锻造规范为：加热温度950±10℃，保温时间：30～60min，保温时间随棒材横截面的缩小而相应缩短；(5)将自由锻造后的棒材先进行退火处理，退火规范为：700±10℃，保温60min，空冷，然后在热轧设备上将其轧为细棒材；(6)将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，不断对细棒材进行退火处理，退火规范为700±10℃，保温20min，空冷，直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝。将热轧后的箔材或带材线切割为填充材料要求的形状与尺寸。
在使用焊丝之前，对其进行真空除氢处理。将焊丝酸洗烘干后，放入真空炉内除气。酸洗溶液为：HF+HNO3水溶液，在烘箱中至少3小时彻底烘干。真空除氢规范为：800±10℃，保温180min，随炉冷却。本发明适用焊接各种高强双相钛合金。实验证明，在相同的热处理规范下，用其焊接的抗拉强度近1200MPa，名义成分为Ti-5Al-4.75Mo-4.75V-1Cr-1Fe的TC18钛合金，接头强度为基体材料的100％，冲击韧性为基体材料的97％；用其焊接的抗拉强度大于1200MPa，名义成分为Ti-6Al-2Sn-2Zr-2.5Mo-1.7Cr-2Nb-0.1Si的TC21钛合金，接头强度为基体材料的100％，冲击韧性为基体材料的95％；用其焊接的抗拉强度近1100MPa，名义成分为Ti-6Al-2.5Mo-1.5Cr-0.5Fe-0.3Si的TC6钛合金，接头强度为基体材料的110％，冲击韧性为基体材料的80％。本发明亦可加工为箔材或条材，作为填充材料来焊接各种高强双相钛合金。
具体实施方式
选取合金(wt％)：Al：3.0～5.0，Mo：1.5～3.0，V：1.5～3.0，Zr：1.0～2.0，Nb：3.0～5.0，Hf：0.1～0.3，Ti：余量。
焊丝的制备方法是：
(1)焊丝成分配比
Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；
(2)熔炼铸锭
焊丝铸锭采用真空自耗电弧炉至少三次熔炼，以保证成分均匀。
(3)开坯锻造
将铸锭去缩孔，车表皮后，进行开坯锻，锻造规范为：加热温度1100±10℃，保温60min。
(4)自由锻造
将开坯锻后的焊料自由锻为φ14mm的棒材，自由锻造规范为：加热温度950±10℃，保温时间：30～60min，保温时间随棒材横截面的缩小而相应缩短。
(5)热轧
为消除应力，使组织均匀，将自由锻造后的棒材先进行退火处理，退火规范为：700±10℃，保温60min，空冷。然后在热轧设备上将其轧为细棒材或箔材或带材。
(6)焊丝的加工
将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，不断对细棒材进行退火处理，退火规范为700±10℃，保温20min，空冷，直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝。将热轧后的箔材或带材线切割为填充材料要求的形状与尺寸。
(7)真空除氢
氢对钛的力学性能，尤其是冲击韧性影响很大，所以必须在焊丝使用前，对其进行真空除氢处理。将焊丝酸洗烘干后，放入真空炉内除气。
酸洗溶液为：HF+HNO3水溶液，在烘箱中至少3小时彻底烘干。
真空除氢规范为：800±10℃，保温180min，随炉冷却。
实施例1：
选取合金(wt％)：Al：5.0，Mo：1.5，V：3.0，Zr：2.0，Nb：3.0，Hf：0.1，Ti：余量。
制备焊丝：
(1)焊丝成分配比
Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；
(2)熔炼铸锭
焊丝铸锭采用真空自耗电弧炉至少三次熔炼，以保证成分均匀。
(3)开坯锻造
将铸锭去缩孔，车表皮后，进行开坯锻，锻造规范为：加热温度1100±10℃，保温60min。
(4)自由锻造
将开坯锻后的焊料自由锻为细棒料，自由锻造规范为：加热温度950±10℃，保温时间：30～60min，保温时间随焊料横截面的缩小而相应缩短。
(5)热轧
为消除应力，使组织均匀，将自由锻造后的棒料先进行退火处理，退火规范为：700±10℃，保温60min，空冷。然后在热轧设备上将其轧为目标尺寸的棒材。
(6)拉拔焊丝
将目标尺寸的棒材在拉丝设备上进行拉拔，为消除加工硬化，需不断对棒材进行退火处理，退火规范为700±10℃，保温20min，空冷，直至将其拉拔为目标尺寸的丝材。
(7)真空除氢
氢对钛的力学性能，尤其是冲击韧性影响很大，所以必须在焊丝使用前，对其进行真空除氢处理。将焊丝酸洗烘干后，放入真空炉内除气。
酸洗溶液为：HF+HNO3水溶液，在烘箱中至少3小时彻底烘干。
真空除氢规范为：800±10℃，保温180min，随炉冷却。
实施例2
选取合金(wt％)：Al：3.0，Mo：3.0，V：1.5，Zr：1.0，Nb：5.0，Hf：0.3，Ti：余量。
制备填充材料：
(1)填充材料成分配比
Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；
(2)熔炼铸锭
填充材料用铸锭采用真空自耗电弧炉至少三次熔炼，以保证成分均匀。
(3)开坯锻造
将铸锭去缩孔，车表皮后，进行开坯锻，锻造规范为：加热温度1100±10℃，保温60min。
(4)自由锻造
将开坯锻后的填充材料自由锻为细棒料，自由锻造规范为：加热温度950±10℃，保温时间：30～60min，保温时间随填充材料横截面的缩小而相应缩短。
(5)热轧
为消除应力，使组织均匀，将自由锻造后的细棒料先进行退火处理，退火规范为：700±10℃，保温60min，空冷。然后在热轧设备上将其轧为带材。
(6)带材加工
将带材通过线切割加工为要求的形状尺寸，在高强双相钛合金熔焊时将其作为填充材料过渡到焊缝。
(7)真空除氢
氢对钛的力学性能，尤其是冲击韧性影响很大，所以必须在填充材料使用前，对其进行真空除氢处理。将填充材料酸洗烘干后，放入真空炉内除气。
酸洗溶液为：HF+HNO3水溶液，在烘箱中至少3小时彻底烘干。
真空除氢规范为：800±10℃，保温180min，随炉冷却。

Claims (9)

1.一种高强双相钛合金焊接用焊丝，其合金成分的重量百分比为：Al：3.0～5.0，Mo：1.5～3.0，V：1.5～3.0，Zr：1.0～2.0，Nb：3.0～5.0，Hf：0.1～0.3，Ti：余量；焊丝的制备方法是：
(1)合金Ti、Zr、Hf以0级海绵态添加，Al、Mo、V、Nb以Al基中间合金形式添加；
(2)在真空自耗电弧炉熔炼铸锭≥3次；
(3)将铸锭去缩孔，车表皮后，进行开坯锻造，锻造规范为：加热温度1100±10℃，保温60min；
(4)将开坏锻后的焊料自由锻为棒材，自由锻造规范为：加热温度950±10℃，保温时间：30～60min，保温时间随焊料横截面的缩小而相应缩短；
(5)将自由锻造后的棒材先进行退火处理，退火规范为：700±10℃，保温60min，空冷，然后在热轧设备上将其轧为细棒材或箔材或带材；
(6)将热轧后的细棒材在拉丝设备上进行拉拔，在拉丝过程中，不断对细棒材进行退火处理，退火规范为700±10℃，保温20min，空冷，直至将其拉拔为目标尺寸的焊丝；将热轧后的箔材或带材线切割为填充材料要求的形状与尺寸。
2.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其特征是，此焊丝在使用之前，对其进行真空除氢处理，将焊丝酸洗烘干后，放入真空炉内除气；酸洗溶液为：HF+HNO3水溶液，在烘箱中彻底烘干，真空除氢规范为：800±10℃，保温180min，随炉冷却。
3.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：4.0，Mo：2.0，V：2.0，Zr：1.5，Nb：4.0，Hf：0.2，Ti：余量。
4.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：3.0，Mo：1.5，V：1.5，Zr：1.5，Nb：3.0，Hf：0.3，Ti：余量。
5.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：4.0，Mo：3.0，V：2.0，Zr：1.5，Nb：5.0，Hf：0.15，Ti：余量。
6.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：5.0，Mo：2.5，V：2.2，Zr：1.5，Nb：4.0，Hf：0.2，Ti：余量。
7.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：3.0，Mo：2.0，V：1.8，Zr：1.5，Nb：4.0，Hf：0.2，Ti：余量。
8.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其合金成分是，Al：4.5，Mo：2.5，V：2.5，Zr：1.5，Nb：4.5，Hf：0.15，Ti：余量。
9.根据权利要求1所述的高强双相钛合金用焊丝，其特征是，焊丝可加工作为填充材料来焊接各种高强双相钛合金的箔材或条材。
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