[发明专利]一种适合Ti3Al基合金与钛合金的氩弧焊方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种适合Ti₃Al基合金与钛合金异种材料之间的氩弧焊方法，可用于对Ti₃Al基合金组件与钛合金组件之间的连接。

背景技术

Ti-Al系金属间化合物比重小，用于航空发动机结构减重效果明显，Ti₃Al基合金代替镍基高温合金可使构件减轻约40％；另外，由于现有先进的高温钛合金如IMI834，Ti-1100等在600℃以上抗氧化性能、蠕变性能急剧降低，难以满足600℃以上结构应用的需要，而Ti₃Al基合金特别适合用作在600～750℃环境工作的结构材料，代替钛合金可提高结构的使用温度。目前，国外在Ti-Al系金属间化合物中，Ti₃Al基合金是唯一进入成熟应用阶段的材料。

有资料报道，国外已经成功将Ti₃Al金属化合物合金用在航空航天等工业领域，如美国已将Ti₃Al基合金用于制造喷气涡轮发动机上的尾喷燃烧器、高压压气机匣和航空发动机压气机转子等结构，并且把Ti₃Al合金作为重点研究发展的高温结构材料。作为结构材料，Ti₃Al基合金在工程应用中必然会涉及到它自身的连接，以及它与异种材料如钛合金的连接。目前连接Ti₃Al基合金有熔焊方法，如弧焊、电子束焊及激光焊(《Microstructure evolution of electron beam welded Ti₃Al-Nb joint》(Feng J C，Wu H Q.Materials Characterization，2005，54：p99～105.)和文献《Microstructure and mechanical properties of Ti-24Al-17Nb(at.％)laserbeam welding joints》(Wu A P，Zou G S.Intermetallics，2002，10：p647～652.))等，此外还有固态连接如钎焊、扩散焊、自蔓延高温合成及摩擦焊等。其中，弧焊连接作为一种最通用的焊接方法因成本低、生产效率高，在工程修复中应用广泛。

Ti₃Al基合金属于较难焊接材料，其熔化焊存在的主要问题是常温塑性不足以及由此引起的固态裂纹《特殊及难焊材料的焊接》(李亚江.北京：化学工业出版社，2003，p235.)。在影响Ti₃Al基合金焊接的因素中， β相到α相转变是Ti₃Al基合金焊接技术中的重要因素。从β转变温度以上迅速冷却显微组织主要是残留的有序β相，又称B₂。该相虽然较软，但断裂韧性较低，热力学不稳定，在高温应用中将发生向α₂马氏体相转变。以稍慢的速度冷却，合金中形成非常硬的α₂马氏体相。尽管这种马氏体结构有非常高的强度，但脆性极大。

专利《Ti₃Al基合金熔化焊用填充材料》(专利号：ZL200610055865.3)报道使用Ti-Al-Nb系填充材料，其主要化学成分的原子百分比：Al20～25、Nb5～28、Mo0～2.0、V0～1、Si0～0.5、Ti余量，进行Ti₃Al基合金的氩弧焊接，但是这种填充材料不适于Ti₃Al与钛合金的焊接，因为得到的接头塑性相对于被焊母材下降幅度太大(大约不到母材的20％)，影响了焊接接头的实用性。

关于Ti₃Al基合金和钛合金异种材料之间的焊接，有过采用电子束焊接的报道，但是更简便易行的氩弧焊方法的报道很少。目前尚缺乏适用于Ti₃Al基合金与钛合金异种材料之间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Ti₃Al基合金与钛合金异种材料组合氩弧焊接头的方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有实用性，并且能够满足不同性能要求组件的焊接，以拓宽Ti₃Al基材料的应用范围的一种适合Ti₃Al基合金与钛合金的氩弧焊方法。

本发明的技术解决方案是，(1)焊前采用电阻加热被焊Ti₃Al基合金，预热温度达到190～250℃，停止加热；