[发明专利]一种TC18钛合金用焊丝及其焊接方法

说明书

本发明公开了一种TC18钛合金用焊丝，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.5%~6.5%，Mo 3.5%~4.5%，V 3.5%~4.5%，Cr 0.5%~1.0%，Fe 0.5%~1.0%，B 0.05%~0.15%，余量为Ti及不可避免的杂质元素；本发明还公开了一种TC18钛合金用焊丝的焊接方法：将待焊TC18钛合金试板固定并采用TC18钛合金用焊丝焊接，经真空时效后随炉冷却。本发明焊丝通过提高α稳定元素并降低β稳定元素的含量，结合添加微量B元素以细化β晶粒，使得该焊丝形成的接头具有良好的强塑性匹配；本发明采用该焊丝对待焊TC18钛合金试板进行焊接，在保证接头强度的前提下改善其塑性。

技术领域

本发明属于高强钛合金焊接技术领域，具体涉及一种TC18钛合金用焊丝及其焊接方法。

背景技术

钛合金因其具有高比强度、良好的塑性以及耐腐蚀性能等优点，而被广泛应用于航空、航天以及化工等领域。TC18钛合金作为一种近β的双相钛合金，与传统TC系列的双相钛合金相比具有更高的强度、断裂韧性以及疲劳寿命，目前已被用于制造飞机起落架、襟翼滑轨及低压压气机大尺寸盘和叶片等结构件。但是，TC18钛合金在作为结构材料应用于结构件制造的过程中发现，熔合区粗大的β柱状晶导致其接头塑性较差，使得TC18钛合金焊接结构的应用受限。因此，改善TC18钛合金焊接接头塑性对于推动其焊接结构在航空航天领域的进一步应用具有重要意义。

目前针对钛合金焊接结构的常用熔焊方法有钨极氩弧焊及高能束焊（等离子弧焊、电子束焊和激光焊）等。虽然高能束焊因其快冷快热的工艺特点可以获得一定质量的接头，但是高能束焊设备投资和运行成本较高，且焊接结构尺寸受设备工作腔尺寸限制，灵活性较小。因此钨极氩弧焊仍时钛合金使用最广泛的焊接方法。目前，国内尚无针对TC18钛合金的专用焊丝，而国外多采用双相钛合金焊丝如SPT-2和VT20-3。虽然采用双相钛合金焊丝可以有效改善接头塑性，但是接头强度损失较大，只能达到母材的70%。因此，需要针对TC18钛合金开发相应的焊丝以期获得强塑性匹配良好的焊接接头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种TC18钛合金用焊丝。该TC18钛合金用焊丝通过提高成分中α稳定元素含量并降低β稳定元素的含量，使钛合金向双相区偏移，通过α的形核促进β形核，起到细化β晶粒的作用，结合添加微量B元素抑制晶粒生长从而进一步细化晶粒，且生成TiB起到钉扎β晶界作用，使得本发明TC18钛合金用焊丝形成的接头具有良好的强塑性匹配。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种TC18钛合金用焊丝，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al 5.5%~6.5%，Mo 3.5%~4.5%，V 3.5%~4.5%，Cr0.5%~1.0%，Fe 0.5%~1.0%，B 0.05%~0.15%，余量为Ti及不可避免的杂质元素。

与现有采用双相钛合金焊丝保证TC18钛合金塑性但损失接头强度相比，本发明在研究过程中发现，采用TC18钛合金本体焊丝进行钨极氩弧焊，虽然可以保证接头强度，但是熔合区粗大的β晶粒会导致接头塑性显著低于母材，因此，针对TC18钛合金的特点，本发明的TC18钛合金用焊丝的成分中提高了α稳定元素Al的含量，同时降低了β稳定元素Mo、V、Cr、Fe的含量，使钛合金向双相区偏移，通过α的形核促进β形核，起到细化β晶粒的作用，同时添加微量B元素，一方面增加钛合金过冷度以细化晶粒，另一方面B与Ti共析反应产生的TiB起到钉扎β晶界作用，抑制晶粒生长从而细化晶粒，使得本发明TC18钛合金用焊丝形成的TC18钛合金接头具有良好的强塑性匹配。

上述的一种TC18钛合金用焊丝，其特征在于，由以下质量百分含量的成分组成：Al6.1%~6.2%，Mo 3.9%~4.0%，V 3.9%~4.0%，Cr 0.8%~0.9%，Fe 0.8%~0.9%，B 0.09%~0.10%，余量为Ti及不可避免的杂质元素。该优选组分的TC18钛合金用焊丝中晶粒细化明显，且具有更好的强塑性匹配。