一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法与流程

本发明涉及焊接，特别涉及一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法。

背景技术：

1、在现代工业制造中，高强钛合金产品因其优异的力学性能和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、海洋工程、化工设备等关键领域。随着钛合金产品向大型化、复杂化方向发展，厚板钛合金的高效高质量焊接成为亟待解决的技术难题。

2、目前，针对厚板钛合金的焊接，弧焊技术作为一种传统方法，通过多层多道填丝焊接策略，在一定程度上能够满足工程应用的焊接熔深要求。然而，当结构体积尺寸和焊缝厚度显著增加（达到或超过40mm）时，弧焊技术面临诸多挑战。首先，焊接过程中产生的热应力易导致显著的焊接变形，不仅影响构件的精度和外观，还可能削弱其力学性能。其次，多层多道焊接工艺复杂，效率低下，难以满足现代工业对高效生产的需求。此外，随着焊缝厚度的增加，弧焊过程对气孔、未熔合、裂纹等焊接缺陷的控制难度也显著增大，这些缺陷的存在严重降低了焊接接头的质量和可靠性。

3、为了克服弧焊技术在厚板钛合金焊接中的局限性，真空电子束焊接技术应运而生。该技术利用高能电子束作为热源，可以一次性实现厚板钛合金的深熔焊，具有焊接效率高、焊接变形小等优点，在工程实践中能够极大提高结构研制进度。然而，常规的电子束焊接无需填丝，深熔焊过程中无法对焊缝区成分进行调控，导致接头区与母材区的成分和强韧性匹配较差。同时，焊接过程中熔池扰动剧烈，沿熔深方向的热输入存在能量梯度衰减，使得接头熔深方向的组织和性能呈现明显的不均匀性，严重影响了厚板钛合金电子束焊接接头的性能评价考核。

4、因此，现有技术在厚板钛合金焊接方面存在诸多不足。弧焊技术虽然能够满足一定的焊接熔深要求，但在焊接变形、效率以及缺陷控制方面存在明显缺陷；而真空电子束焊接技术虽然具有高效、低变形的优点，但无法实现对焊缝区成分的调控和焊接接头性能的均匀性控制。因此，迫切需要开发一种新的厚板钛合金焊接方法，以克服现有技术的局限，实现厚板钛合金的高效、高质量焊接。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法，采用调整填丝成分和填充尺寸的方式实现厚板钛合金稳定可靠焊接，改善接头强韧匹配和厚度方向性能均匀性差等问题，提高厚板钛合金电子束焊接效率及焊接质量，该方法同时为其他类型的厚板金属电子束焊接性能调控提供解决方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法，适用于≥40mm厚度的厚板钛合金电子束焊接，包括如下步骤：

4、s1：将待填焊丝通过工装压制成薄片；

5、s2：将压制成薄片的丝材清理后，沿着接头厚度方向放置于对接接头清理后的焊缝中间；

6、s3：按照焊接要求将待焊工件、丝材、固定工装进行装配固定，在焊缝两端安装起弧焊和收弧块，采用tig焊接方式进行点焊固定；

7、s4：采用电子束焊接方法按照设定工艺参数对钛合金填丝焊缝进行预点焊、封焊、正式焊接，依次增大焊接深度，直至达到所需焊接熔深和熔宽，使得填丝成分与母材较好熔合；

8、s5：焊接完成后卸去真空，去除引弧块，清理焊缝表面飞溅，焊接完成。

9、进一步的，在步骤s1中，通过设置包括凸模和凹模的工装，其中，凹槽用于放置丝材，凸模用于施加压力，通过压力焊方法将丝材压制成薄片。

10、进一步的，在步骤s2中，在对接接头沿着接头厚度方向，设置至少两种组分压制成薄片的丝材。

11、进一步的，沿着对接接头焊缝的厚度方向，不同成分丝材呈梯度变化，且位于中部的丝材强度和韧性高于位于表层和根部填充丝材的强度和韧性。

12、进一步的，沿着对接接头焊缝的厚度方向，位于根部的填充丝材与位于表层的填充丝材采用相同材质或者不同材质。

13、进一步的，沿着对接接头焊缝的厚度方向，位于表层填充丝材沿着厚度方向设置的范围为3mm~8mm，位于根部的填充丝材沿着厚度方向设置的范围为6mm~15mm。

14、进一步的，在步骤s2中，压制薄片丝材置于厚板对接接头中间，调整最大装配间隙和错边≤0.30mm。

15、进一步的，待填焊丝的丝材厚度为φ，在步骤s1中，通过工装压制连接后控制丝材压制厚度为0.4φ~0.75φ。

16、进一步的，在步骤s1之前，还包括如下的步骤：

17、st1：将待焊接工件的焊缝坡口按照设计图纸进行对称面精密加工；

18、st2：将待焊工件表面进行清理，去除油污。

19、进一步的，能够应用至厚板铝合金、合金钢、高温合金、异种金属结构的焊接。

20、相对于现有技术，本发明所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法具有以下优势：

21、（1）本发明所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，通过填丝焊接，有效解决了常规无填丝电子束焊接中存在的成分无法调整和熔深方向能量梯度不均等问题，通过将填丝被压制成薄片的设计沿厚度方向置于对接头中间，实现了对接头厚度方向成分和性能的精确调控，有效改善厚板钛合金焊接过程由于能量衰减、温度梯度大、成分不均匀等影响导致的接头强韧匹配性能差和不均匀性等问题。

22、（2）本发明所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，作业简单，能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的电子束焊接，有助于降低厚板钛合金电子束焊接性能调控的工艺开发难度及提升焊接接头评价质量，可以广泛应用于厚板铝合金、合金钢、高温合金、异种金属结构的焊接应用，提高复杂结构厚板用电子束焊接的可靠性和稳定性。

技术特征：

1.一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，适用于≥40mm厚度的厚板钛合金电子束焊接，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，在步骤s1中，通过设置包括凸模和凹模的工装，其中，凹槽用于放置丝材，凸模用于施加压力，通过压力焊方法将丝材压制成薄片。

3.根据权利要求1所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，在步骤s2中，在对接接头沿着接头厚度方向，设置至少两种组分压制成薄片的丝材。

4.根据权利要求2所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，沿着对接接头焊缝的厚度方向，不同成分丝材呈梯度变化，且位于中部的丝材强度和韧性高于位于表层和根部填充丝材的强度和韧性。

5.根据权利要求3所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，沿着对接接头焊缝的厚度方向，位于根部的填充丝材与位于表层的填充丝材采用相同材质或者不同材质。

6.根据权利要求4或5所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，沿着对接接头焊缝的厚度方向，位于表层填充丝材沿着厚度方向设置的范围为3mm~8mm，位于根部的填充丝材沿着厚度方向设置的范围为6mm~15mm。

7.根据权利要求2所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，在步骤s2中，压制薄片丝材置于厚板对接接头中间，调整最大装配间隙和错边≤0.30mm。

8.根据权利要求1所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，待填焊丝的丝材厚度为φ，在步骤s1中，通过工装压制连接后控制丝材压制厚度为0.4φ~0.75φ。

9.根据权利要求1所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，在步骤s1之前，还包括如下的步骤：

10.根据权利要求1所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，其特征在于，能够应用至厚板铝合金、合金钢、高温合金、异种金属结构的焊接。

技术总结本发明涉及焊接技术领域，提供了一种厚板钛合金填丝电子束焊接方法，适用于≥40mm厚度的厚板钛合金电子束焊接，包括：填丝顺序排列、填丝压制成型，其中将压制成型的丝材置于对接接头中间，可直接用于实现厚板钛合金的电子束焊接。本发明所述的厚板钛合金填丝电子束焊接方法，通过填丝焊接，有效解决了常规无填丝电子束焊接中存在的成分无法调整和熔深方向能量梯度不均等问题，通过将填丝被压制成薄片的设计沿厚度方向置于对接头中间，实现了对接头厚度方向成分和性能的精确调控，有效改善厚板钛合金焊接过程由于能量衰减、温度梯度大、成分不均匀等影响导致的接头强韧匹配性能差和不均匀性等问题。技术研发人员：廖志谦,晏阳阳,高奇,雷小伟,吕晓辉,高福洋受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）技术研发日：技术公布日：2024/12/2