[发明专利]Ti2

说明书

Ti₂AlNb基合金惯性摩擦焊焊接裂纹控制的方法，包括以下步骤：步骤1，确定焊前预热温度、升温速率、焊后保温温度、保温时间、冷却速率；根据惯性摩擦焊设备主轴和尾座焊接时的最窄间隙，定制设计加热装置；选择合适的焊接参数：转速及惯量；步骤2，安装带焊环形件，并清洗；步骤3，启动加热装置；步骤4，对待焊环形件进行加热；步骤5，焊接待焊环形件；步骤6，焊接完成后，加热装置对焊接组件的焊缝部位加热、缓冷；步骤7，拆卸焊接件工装和加热装置，取出焊接组件。该方法采用了惯性摩擦焊焊接方法，在焊前对焊接件预热，焊后缓冷，有效控制焊接裂纹的产生，细化了焊缝的晶粒，显著增强了焊接接头的组织状态及力学性能。

技术领域

本发明属于航空发动机转子部件惯性摩擦焊焊接的方法技术领域，具体涉及Ti₂AlNb基合金惯性摩擦焊焊接裂纹控制的方法。

背景技术

Ti₂AlNb合金相比TiAl合金，有更好的室温塑性和断裂韧性；相比Ti₃Al合金，高温强度大；相比镍基高温合金，具有更高的比强度，同时密度更低，因具有这些优点使其成为极具潜力的航空发动机压气机盘用材料。然而Ti₂AlNb合金的焊接工艺窗口较窄，焊缝及各区域显微组织复杂，因此得到满足质量要求的Ti₂AlNb合金焊接件一直是航空发动机焊接技术的难题。

国内外现有的Ti₂AlNb基合金环形结构件的焊接技术有电子束焊接，激光焊接等，由于焊接接头存在较大的残余应力及焊接裂纹，限制了电子束焊接、激光焊接在Ti₂AlNb基合金结构件上的应用。

惯性摩擦焊是一种新型固相焊接方法，目前国内外已广泛采用惯性摩擦焊技术焊接先进航空发动机的核心转子部件，如压气机盘-盘，涡轮盘-盘的焊接，逐步替代了原有的螺栓连接。关于Ti₂AlNb基合金环形结构件惯性摩擦焊的研究目前未见报道，相比于电子束焊、激光焊等，惯性焊焊缝晶粒是细晶组织，不是铸态组织，所以接头整体性能具有明显优势，但是惯性摩擦焊在几秒内完成焊接，焊件在极短时间升温到热塑性状态，焊后迅速冷却至室温，因升温及冷却速率过快，接头内较大焊接应力也会导致焊接裂纹。惯性摩擦焊设备主轴和尾座之间的空间狭窄，难以采用常规加热装置进行焊前预热或焊后缓冷，仅仅依靠调整惯性摩擦焊的工艺参数又难以完全避免焊接裂纹。为了解决现有Ti₂AlNb基合金结构件的焊接裂纹严重的现状，需探索一种高效、可靠的减少裂纹产生的焊接方法。

发明内容

本发明提供了Ti₂AlNb基合金惯性摩擦焊焊接裂纹控制的方法，该方法同时提供一种焊前预热和焊后缓冷工艺，利用定制设计的加热装置对焊接部位进行焊前预热，焊后缓冷，有效控制焊接裂纹发生问题，提高焊接接头的组织和力学性能。

Ti₂AlNb基合金惯性摩擦焊焊接裂纹控制的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据Ti-22Al随Nb合金的垂直截面相图和时间-温度-转变TTT曲线确定焊前预热温度、升温速率、焊后保温温度、保温时间、冷却速率，其中焊前预热温度为400-750℃，升温速率5-20℃/min，焊后保温温度700-850℃范围，保温时间10-30min，冷却速率为3-10℃/min；根据惯性摩擦焊设备主轴和尾座焊接时两者之间的最窄间隙W₁、加热装置的宽度W₂比最窄间隙W₁小10-30mm、加热装置的内径比待焊环形件外径大10-20mm，选择加热装置，加热装置的加热功率2kW，加热速率为0-40℃/min；选择合适的焊接参数：转速及惯量；

步骤2，根据焊接所需的惯量，安装惯性摩擦焊设备的飞轮组，安装工装夹具，调整工装，校准精度；安装待焊环形件，调整待焊接的位置，先用丙酮清洗待焊环形件的焊接位置，去除表面油脂；然后再用酒精清洗零件表面其它杂质；清洗后，立即用压缩空气将零件吹干；