[发明专利]一种钛合金焊接接头的表面处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金焊接接头的表面处理工艺。

背景技术

随着产业结构的变化和科学技术的发展，先进的焊接结构是降低材料消耗、减轻结构质量的有效途径。钛及其合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性，在航空、航天、造船、化工等工业部门中得到广泛应用。

钛的熔化温度高、热容量大、电阻系数大、热导率比铝、铁等金属低，所以钛的焊接熔池具有更高的温度、较大的熔池尺寸，热影响区金属在高温下的停留时间长，因此，易引起焊接接头的过热倾向，使晶粒变得十分粗大，接头的塑性显著降低，抗疲劳、抗磨损性能下降。故钛合金工件焊接接头力学性能的提高（特别是抗疲劳、抗磨损强度）对于钛合金焊接件的整体使用性能的提高有着十分重要的意义。

目前现有的超声冲击钛合金焊接接头技术主要是运用的是与传统喷丸类似的原理，处理区由于未形成晶界，而导致处理后的晶粒有慢慢变大的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金焊接接头的表面处理工艺，以解决超声处理后处理区由于未形成晶界而导致处理后的晶粒变大的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种钛合金焊接接头的表面处理工艺，包括如下步骤：

a．将钛合金焊接接头预处理后，对焊缝、焊趾及热影响区域超声冲击，至它们表面至深度为150μm的区间内晶粒平均尺寸不大于200nm后，热处理。

焊趾指的是焊缝表面与母材的交界处；热影响区指母材因受热但未熔化而使金相组织和力学性能发生变化的区域，本发明特指焊缝两侧2-3倍焊缝宽度的区域。

本步发明热处理的主要目的是为了使超声冲击后的细化表面再结晶，形成晶界，从而防止处理后的晶粒变大。晶界的形成可使晶粒处于稳定状态。

为了进一步提高焊接接头的力学性能，上述钛合金焊接接头的表面处理工艺，还包括步骤b. 对焊缝、焊趾及热影响区域再次超声冲击至他们的表面压应力不小于150MPa。

上述步骤a中的预处理，采用常规的预处理方法，具体是在钛合金焊接件焊接结束后，首先通过化学、磁力显影、放射线等无损检测手段（常规手段）确认焊接头表面及内部无明显焊接缺陷；然后通过砂轮、砂纸打磨焊缝及焊趾区域去除毛刺光滑焊缝表面；通过砂轮对焊趾部位进行机械加工，使得焊缝与金属母材之间形成平滑过渡，降低应力集中；最后使对焊缝、焊趾及其热影响区（焊缝两侧2-3倍焊缝宽度）表面进行清洁处理（常规去油污清洁）。

上述在对焊趾区域进行机械加工时，本发明为了防止磨削纹路成为疲劳裂纹萌生点，采用磨削方向优选为与加工区域工况下的主应力线方向一致的加工方法。

上述步骤a中，超声冲击频率为不小于21kHz，冲击功率为不小于1.5KW；焊缝和焊趾区域的覆盖率为250-400%，热影响区域的覆盖率为150-350%；焊缝及热影响区域采用至少4针头，焊趾区域采用单针头；超声冲击针与处理表面的夹角为70-90°，移动速度为15-20mm/s。

上述步骤a中，超声冲击频率优选为21-23kHz，冲击功率优选为1.5KW；焊缝和焊趾区域的覆盖率优选为250-300%，热影响区域的覆盖率为150-200%；焊缝及热影响区域采用4针头；超声冲击针与处理表面的夹角优选为90°。

上述步骤a中热处理为在200-300℃条件下保温30-60min后空冷，升温速率优选为1-2℃/s。本发明对热处理的加热方式不做限定，可以为本领域中所用的任何方式。本发明空冷为常温条件下，自然冷却。如果上述步骤a中，一次超声处理后，不能满足焊缝、焊趾及热影响区域的表面至深度为150μm的区间内晶粒平均尺寸不大于200nm，则可以重复超声处理。

上述步骤b中，超声冲击频率不小于15kHz，冲击功率不小于1KW；焊缝、焊趾及热影响区域的覆盖率为100-200%；焊缝及热影响区域采用至少4针头，焊趾区域采用单针头；超声冲击针与处理表面的夹角为 70°-80°，移动速度为20-25mm/s。此步骤进一步平滑了焊趾过渡区域，降低了应力的集中，同时在材料表面形成了高残余压应力的硬化层。

上述步骤b中，超声冲击频率优选为15-20kHz，冲击功率优选为1KW；焊缝及热影响区域优选采用4针头。

经上述步骤后焊缝、焊趾及热影响区域的表面压应力不小于150MPa。

上述覆盖率指：假如作用表面均匀覆盖冲击坑为100%覆盖率，其所用时间为t，则当作用时间为n倍的t时，覆盖率为n乘以100%。