[发明专利]α相钛合金大截面环件的闪光焊成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接方法，特别是涉及了α相钛合金大截面环件的闪光焊成形方法。

背景技术

闪光焊是一种固态焊接，通过闪光在工件的两个焊接端面形成一定的温度场，再通过顶锻力的作用将工件焊接起来。因此，温度场与顶锻参数的合理配合是实现优质焊接的关键，合适的温度场能够为金属原子提供合适的扩散激活能，加速顶锻变形过程中两端原子的相互扩散，同时满足顶锻过程金属塑性变形的需求，而温度场的建立主要由闪光阶段所决定。通过闪光过程形成的温度场，主要分为两个部分：高温糊状区和高温组织粗化区。在顶锻过程中，高温糊状区的金属被顶出基体；高温组织粗化区的金属在顶锻力的作用下发生塑性变形，形成晶粒均匀细小的组织。

对于α相钛合金材料，由于其热传导性差，如果没有足够的时间使闪光过程端面上产生的热量向内部传递，实际上是很难建立合适的温度场。尤其是对于α相钛合金大截面环件的闪光焊成形，正常来说，工件的焊接端面的截面积越大，闪光对焊机所需要提供的功率也越大。但是在闪光时，工件的焊接端面部位温度最高，是最先被消耗的部位，这部分金属会伴随着闪光被喷射出去，带走大量的热量。所以当功率越大时，闪光越剧烈，这时闪光烧损速度高、传热速度小，工件上形成的温度梯度大，顶锻时，可塑性变形区域较小，从而导致出现虚焊现象(即“焊不实”)，而且工件截面面积越大，这一现象越明显。因此，对于α相钛合金大截面环件一般需要采用减小闪光强度、延长闪光时间来建立合适的温度场。但是闪光强度太小、闪光时间太长会导致建立的温度场过于平缓、热影响区较宽，即高温糊状区以及高温组织粗化区较宽。在顶锻时，由于其顶锻行程是固定的，这些高温糊状区的金属在有限的顶锻行程内不能被全部顶出基体，这些未被顶出的高温糊状金属在焊接完成后的冷却过程中的热应力以及在后续校形过程中的胀形力作用下，容易形成裂纹。高温组织粗化区的金属也会因为得不到足够的变形，不能充分的再结晶，而导致晶粒度不合格，使工件报废。

2012年6月20日公开的中国发明专利说明书CN 102500899 A公开了一种使用预热闪光对焊生产轴梁的方法，该方法包括工件装夹、预闪光、预热、闪光、顶锻、加热保压以及拆卸工件等步骤，具体是将工件装夹好后，接通电源进行预闪光，闪光余量达到预设值后，再以设定的预热脉冲对工件进行预热，然后再分阶段对其进行闪光，每个阶段的闪光速度和闪光余量都是固定的，之后，立即顶锻，并对工件施加设定的压力进行保压并通电加热，一段时间后，取出工件。该方法虽然能够实现轴梁的闪光焊成形，但是也仅限于Q345等普通材料的闪光焊，对于α相钛合金这类传热速度较慢的材料，不容易形成合适的温度场，所以这种方法并不适用。

2000年4月在中国杂志《电焊机》的第30卷第4期发布了一篇由黄华刚等人撰写的名为“大截面工件预热闪光焊工艺研究”的论文，该论文记载了一种大截面工件预热闪光焊的工艺，工件经过闪平和预热工序后，在工件端面沿轴向建立温度场，在闪光过程中通过继续输入热量，调整温度场。这种方法虽然能够形成温度场，但是并没有公开具体的工艺参数，而且该方法采用的是通过断续地预热来建立温度场，闪光过程来调整温度场，因此该过程是不连续的，形成的温度场不稳定，会对焊接质量造成一定的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在连续的闪光过程中建立一个稳定、合理的温度场，保证顶锻过程中高温糊状区的金属能够全部被顶出基体，高温组织粗化区的金属能够发生充分的塑性变形，通过回复再结晶细化晶粒，从而实现α相钛合金大截面环件的闪光焊成形，该方法能够提高焊接质量。

为解决上述技术问题，本发明所述α相钛合金大截面环件的闪光焊成形方法，其技术方案包括以下步骤：

将带开口的α相钛合金大截面环坯的左端固定在左夹具上，右端固定在右夹具上；设定闪光焊机的工作功率为P＝380KVA～950KVA，电流I₀＝45KA～55KA，接通电源，这时两端开口处存在较大的距离，电流会从环坯的左端经过环坯的背部达到环坯的右端形成环流，环坯具有电阻，电流经过环坯时，对环坯进行加热，一段时间之后，环坯的左端和右端均被加热到T₀＝250～300℃，有利于后续闪光过程中形成温度场；