[发明专利]一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法

说明书

一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法，按重量百分比计，包括Al：2.0～3.0％，Sn：0.5～1.5％，Zr：0.5～1.5％，Mo：0.5～1.5％，W：0.05～0.10％，余量为钛和不可避免的杂质。本发明通过对钛合金板材开坡口后采用钨极以及焊丝，对钛合金板材进行焊接；采用氩气保护罩对焊接区域进行保护，焊丝与钛合金板材夹角为10°～15°，焊丝沿熔池前端送入熔池；焊接结束后，继续通氩气保护，最后进行去应力退火即可，本发明方法简单，易于实现；该方法通过采用成分优化的焊丝及合理的钨极氩弧焊接工艺，能够有效提高焊接接头的抗裂性能及质量稳定性，可焊接钛合金管材、板材、锻件及各类铸件等。

技术领域

本发明属于钛合金焊接技术领域，具体涉及一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法。

背景技术

BT25(国内牌号TC25)是一种Ti-Al-Sn-Zr-Mo-W-Si系马氏体型α+β两相钛合金。该合金的突出优点是其工作使用温度达500～550℃，常被制造成的半成品有锻件、模锻件、棒材和其他形式的半成品，用于制造新型发动机结构件，如整体叶盘、压气机叶轮、压气机盘等。

钛合金焊接结构是钛合金材料应用时非常重要的一种结构形式。因此，在BT25合金应用于某些结构件时，不可避免的会使用焊接，焊接过程中产生的热应力导致的材料局部变形往往会超过材料实际变形能力，导致该类合金焊缝容易出现开裂，影响了材料的工程化应用。因此，提高焊接工艺技术水平对于推动我国航空航天制造技术具有重大的意义。

对于填充焊缝，当同级别钛材构件连接时，一般规定使用同级的填充焊丝；熔焊焊缝区显微组织为塑性很差的铸态组织，因此，如果采用与合金相同成分的焊丝，会导致焊接接头塑性明显低于基体材料，焊缝区发生开裂的风险会更大；有时也会使用软一些的纯钛焊丝。对钛合金焊缝使用纯钛丝为填充焊丝，可以保持良好的焊缝延伸性，然而这将导致焊缝强度比母材低，并且这种焊缝一般只适于低应力场合使用。而BT25钛合金通常用于制造发动机结构件，对焊缝质量的要求很高，因此必须开发一种与之匹配的焊丝材料，来改善焊缝接头质量。

钛合金的焊接方法目前主要有钨极氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊等。等离子弧焊存在焊接规范窄、焊接稳定性及重复性差的缺点，极大限制了其应用进程。真空电子束焊接冶金质量好，接头性能优异，但是电子束焊接要求在真空环境下进行，且电子束焊枪结构复杂，设备投资和运行成本高，焊接时易激发X射线，危害环境。激光焊接可细化焊接接头组织，提高接头力学性能，但激光器功率一般都较小，深熔焊时存在阀值问题在工艺上有一定难度。钨极氩弧焊是钛及其合金使用最为广泛的一种焊接方法，但是采用该焊接方法焊缝中易产生气孔及钨夹杂等焊接缺陷，且焊缝区易受O、N、H等气体杂质的污染而产生脆化。因此，焊接过程控制对于获得良好的焊缝接头质量极其重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高温钛合金用焊丝及其焊接方法。

为实现上述目标，本发明采用的技术方案为：

一种高温钛合金用焊丝，按重量百分比计，包括Al：2.0～3.0％，Sn：0.5～1.5％，Zr：0.5～1.5％，Mo：0.5～1.5％，W：0.05～0.10％，余量为钛和不可避免的杂质，其中杂质的重量百分比为：Fe：≤0.15％，O：≤0.12％，Si：≤0.10％，N：≤0.04％，H：≤0.003％。

本发明进一步的改进在于，按重量百分比计，包括Al：2.0～2.5％，Sn：0.5～1％，Zr：0.5～1％，Mo：0.5～1％，W：0.05～0.07％，余量为钛和不可避免的杂质，其中杂质的重量百分比为：Fe：≤0.15％，O：≤0.12％，Si：≤0.10％，N：≤0.04％，H：≤0.003％。