一種鈦鋁合金電極的焊接方法
【專利摘要】一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，將原材料壓制成若干個電極塊；將若干個電極塊組焊成若干支自耗電極；將自耗電極熔煉，得到若干支鈦鋁合金一次錠；將鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角；采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角處，形成鈦附著層；將若干支鈦鋁合金一次錠頭尾相接組焊后熔煉后得到鈦鋁合金二次錠。本發(fā)明采用先將純鈦焊絲熔化后附著在鈦鋁合金鑄錠端部上，起到潤濕母材的作用，再將鈦鋁合金鑄錠頭尾相接進(jìn)行組焊得到電極的方法，使得鈦鋁合金之間的焊接轉(zhuǎn)化為純鈦之間的焊接，電極焊接十分牢固，避免了由于鈦鋁合金焊接性能差、焊接不牢固所引發(fā)的掉塊、掉蛋等質(zhì)量安全事故。
【專利說明】
一種鈦鋁合金電極的焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于鈦合金制備領(lǐng)域，涉及一種鈦鋁合金電極的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦鋁合金具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)、耐蝕、耐磨、耐高溫及抗氧化性等性能優(yōu)點，使用溫度 可達(dá)700~900°C，逐漸成為當(dāng)代航空航天、兵器及民用工業(yè)等領(lǐng)域的優(yōu)秀候選高溫結(jié)構(gòu)材 料之一。
[0003] 鈦鋁合金制備通常采用真空自耗電弧熔煉方法，電極需要進(jìn)行爐外焊接。鑄造用 鈦鋁合金熔煉澆注前，同樣也需要進(jìn)行電極的焊接。由于，鈦、鋁都是活性金屬、極易氧化， 且兩者的熔點相差約800°C，兩者的晶格類型、晶格參數(shù)等結(jié)晶化學(xué)性能差異大，鋁的熱導(dǎo) 率和線膨脹系數(shù)分別是鈦的16倍和3倍。因此鈦鋁合金焊接性較差，采用傳統(tǒng)鈦合金的焊接 工藝方法，電極焊縫處極易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致電極在熔煉過程發(fā)生掉塊、掉蛋等安全質(zhì)量隱 患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡單且焊接牢固可靠的真 空熔煉用鈦鋁合金電極焊接方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，包括以下步驟：
[0007]步驟1:根據(jù)鈦鋁合金化學(xué)成分中鈦、鋁的含量計算出所需的原材料重量，將原材 料壓制成若干個電極塊；
[0008] 步驟2:將步驟1制備的若干個電極塊組焊成若干支自耗電極；
[0009] 步驟3:將步驟2制備的自耗電極熔煉，得到若干支鈦鋁合金一次錠；
[0010] 步驟4:將步驟3的鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角；
[0011] 步驟5:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟4中的鈦鋁合金一次錠頭尾端部 倒角處，形成鈦附著層；
[0012] 步驟6:將步驟5中的若干支鈦鋁合金一次錠頭尾相接組焊成一支電極；
[0013] 步驟7:將步驟6制備的電極熔煉后得到鈦鋁合金二次錠。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1中采用油壓機(jī)壓制。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2中采用等離子氬弧焊接方法組焊。
[0016] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3和步驟7中均采用真空自耗熔煉方法熔煉。
[0017] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3中熔煉的條件為:熔煉電流為3.0~7.0ΚΑ，電壓 為22~26V，熔煉時真空度為5 · 0 X 10-2~8 · 0 X 10-^a。
[0018] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4中倒角為5~10mmX45°。
[0019 ]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，用酒精將步驟4中的鑄錠端部倒角處擦拭干凈。
[0020]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟5中焊絲牌號為TA1，直徑為3mm;鈦附著層的厚度 為5~10mm;步驟6中組焊的條件為：電流為200-300A，焊接電壓為20-30V，氬氣流量為10~ 15L/min〇
[0021 ]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟7中熔煉的條件為:熔煉電流為4.0~8.0ΚΑ，電壓 為23~28V，熔煉時真空度為3 · 0 X 10-2~5 · 0 X 10-^a。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，原材料為海綿鈦、鋁豆、鋁釩合金和鉻，或原材料為海 綿鈦、鋁豆和銀鈦合金，或原材料為海綿鈦、鋁豆、銀鈦合金和絡(luò)。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用先將純鈦焊絲熔化后附著在鈦 鋁合金鑄錠端部上，起到潤濕母材的作用，再將鈦鋁合金鑄錠頭尾相接進(jìn)行組焊得到電極 的方法，使得鈦鋁合金之間的焊接轉(zhuǎn)化為純鈦之間的焊接，電極焊接十分牢固，避免了由于 鈦鋁合金焊接性能差、焊接不牢固所引發(fā)的掉塊、掉蛋等質(zhì)量安全事故。本發(fā)明采用等離子 氬弧焊將焊絲熔化附著在鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角處，能有效解決電極焊縫處產(chǎn)生裂 紋的問題，確保真空熔煉過程順利進(jìn)行，并能得到化學(xué)成分均勻的鈦鋁合金鑄錠。同時，該 工藝方法簡單，可操作性強(qiáng)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0024]現(xiàn)結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，本發(fā)明中at%表示原子數(shù)百分含量。 本發(fā)明適用于鈦鋁合金，鈦鋁合金中可含其他金屬元素，對成分無具體要求。
[0025] 實施例1
[0026] 以制備100kg Ti-47.5at%Al-2.5at%V_1.0at%Cr合金為例合金鑄錠為例，其制 備步驟如下：
[0027] 步驟1:稱取10kg 11-47.5&七％41-2.5&七％￥-1.0&七％〇合金所需要的海綿鈦、鋁 ?、錯1凡合金、金屬絡(luò)，混料后壓制成電極塊，共壓制10塊電極塊。
[0028] 步驟2:采用等離子氬弧焊接方法將步驟1制備的電極塊5塊組焊成一支自耗電極， 共2支自耗電極。
[0029] 步驟3:采用真空自耗電弧熔煉方法將步驟2制備的自耗電極熔煉得到1^_ 47.5&七％41-2.5&七％￥-1.(^七％〇合金鑄錠2支。其中，熔煉時熔煉電流為3.0~4.01^，電壓 為22~24V，熔煉時真空度為5.0 X 10-2~8.0 X 10-^a。
[0030] 步驟4:將步驟3的2支鈦鋁合金鑄錠頭部及尾部倒角5mmX 45°。
[0031]步驟5:用酒精將步驟4中的2支鑄錠端部倒角處油污、冷卻液等擦拭干凈。
[0032] 步驟6:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟5中的2支鑄錠端部倒角處，形成 厚度為5mm純鈦附著層，所用的焊絲牌號為TA1，直徑為3mm。
[0033] 步驟7:將步驟6中的2支鑄錠頭尾相接組焊成一支電極。焊接電流為200A，焊接電 壓為20V，氬氣流量為10L/min。
[0034] 步驟8:采用真空自耗熔煉方法將步驟7制備的電極熔煉得到鈦鋁合金二次錠，即 為真空熔煉用鈦鋁合金電極。其中，熔煉時熔煉電流為4.0~5.0KA，電壓為23~26V，熔煉時 真空度為3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0035] 對步驟8制備的鑄錠進(jìn)行扒皮后，在鑄錠的頭部及尾部取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。主 元素鋁、釩、鉻的檢測結(jié)果見表1:
[0036] 表1 11-47.53七％厶1-2.5&七％￥-1.(^七％0合金鑄錠含量(￥七％)
[0038] 實施例2
[0039] 以制備100kgTi-48at%Al-2at%Nb_2at%Cr合金為例合金鑄錠為例，其制備步驟 如下：
[0040] 步驟1:稱取10kg Ti-48at%Al-2at%Nb-2at%Cr合金所需要的海綿鈦、鋁豆、鈮 鈦合金、金屬鉻，混料后壓制成電極塊，共壓制10塊電極塊。
[0041] 步驟2:采用等離子氬弧焊接方法將步驟1制備的電極塊5塊組焊成一支自耗電極， 共2支自耗電極。
[0042]步驟3:采用真空自耗電弧熔煉方法將步驟2制備的自耗電極熔煉得到Ti_48at % Al-2at%Nb-2at%Cr合金鑄錠2支。其中，熔煉時熔煉電流為4.0~5.0KA，電壓為22~25V， 熔煉時真空度為5.0 X 10-2~8.0 X 10-^a。
[0043] 步驟4:將步驟3的2支鈦鋁合金鑄錠頭部及尾部倒角7mmX 45°。
[0044] 步驟5:用酒精將步驟4中的2支鑄錠端部倒角處油污、冷卻液等擦拭干凈。
[0045] 步驟6:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟5中的2支鑄錠端部倒角處，形成 厚度為7mm純鈦附著層，所用的焊絲牌號為TA1，直徑為3mm。
[0046] 步驟7:將步驟6中的2支鑄錠頭尾相接組焊成一支電極。焊接電流為230A，焊接電 壓為23V，氬氣流量為12L/min;
[0047] 步驟8:采用真空自耗熔煉方法將步驟7制備的電極熔煉得到鈦鋁合金二次錠，即 為真空熔煉用鈦鋁合金電極。其中，熔煉時熔煉電流為5.0~6.0ΚΑ，電壓為23~27V，熔煉時 真空度為3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0048] 對步驟8制備的鑄錠進(jìn)行扒皮后，在鑄錠的頭部及尾部取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。主 元素鋁、鈮、鉻的檢測結(jié)果見表2:
[0049] 表2 Ti-48at%Al-2at%Nb-2at%Cr合金鑄錠含量(wt%)
[0051 ] 實施例3
[0052] 以制備100kgTi-46at%Al_6at%Nb合金為例合金鑄錠為例，其制備步驟如下：
[0053] 步驟1:稱取10kg Ti_46at %A1 _6at%Nb合金所需要的海綿鈦、鋁豆、鈮鈦合金，混 料后壓制成電極塊，共壓制10塊電極塊。
[0054] 步驟2:采用等離子氬弧焊接方法將步驟1制備的電極塊5塊組焊成一支自耗電極， 共2支自耗電極。
[0055] 步驟3:采用真空自耗電弧熔煉方法將步驟2制備的自耗電極熔煉得到Ti_46at % Al-6at%Nb合金鑄錠2支。其中，熔煉時熔煉電流為5.0~6.OKA，電壓為23~26V，熔煉時真 空度為5 · 0 X 10-2 ~8 · 0 X 10-^a。
[0056]步驟4:將步驟3的2支鈦鋁合金鑄錠頭部及尾部倒角8mm X 45°。
[0057]步驟5:用酒精將步驟4中的2支鑄錠端部倒角處油污、冷卻液等擦拭干凈。
[0058]步驟6:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟5中的2支鑄錠端部倒角處，形成 厚度為8mm純鈦附著層，所用的焊絲牌號為TA1，直徑為3mm。
[0059] 步驟7:將步驟6中的2支鑄錠頭尾相接組焊成一支電極。焊接電流為260A，焊接電 壓為26V，氬氣流量為13L/min;
[0060] 步驟8:采用真空自耗熔煉方法將步驟7制備的電極熔煉得到鈦鋁合金二次錠，即 為真空熔煉用鈦鋁合金電極。其中，熔煉時熔煉電流為6.0~7.0KA，電壓為24~28V，熔煉時 真空度為3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0061] 對步驟8制備的鑄錠進(jìn)行扒皮后，在鑄錠的頭部及尾部取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。主 元素鋁、鈮的檢測結(jié)果見表3:
[0062] 表3 Ti-46at%Al-6at%Nb合金鑄錠含量(wt%)
[0064] 實施例4
[0065] 以制備100kgTi-48at%Al-10at%Nb_2.0at%Cr合金為例合金鑄錠為例，其制備 步驟如下：
[0066] 步驟1:稱取10kg Ti-48at%Al-10at%Nb_2.0at%Cr合金所需要的海綿鈦、鋁豆、 鈮鈦合金、金屬鉻，混料后壓制成電極塊，共壓制10塊電極塊。
[0067]步驟2:采用等離子氬弧焊接方法將步驟1制備的電極塊5塊組焊成一支自耗電極， 共2支自耗電極。
[0068]步驟3:采用真空自耗電弧熔煉方法將步驟2制備的自耗電極熔煉得到Ti_48at % 八1-1(^%恥-2.0&七％(>合金鑄錠2支。其中，熔煉時熔煉電流為6.0~7.01^，電壓為23~ 26V，熔煉時真空度為5 · 0 X 10-2~8 · 0 X 10-4a。
[0069]步驟4:將步驟3的2支鈦鋁合金鑄錠頭部及尾部倒角10mmX45°。
[0070]步驟5:用酒精將步驟4中的2支鑄錠端部倒角處油污、冷卻液等擦拭干凈。
[0071] 步驟6:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟5中的2支鑄錠端部倒角處，形成 厚度為10mm純鈦附著層，所用的焊絲牌號為TA1，直徑為3mm。
[0072] 步驟7:將步驟6中的2支鑄錠頭尾相接組焊成一支電極。焊接電流為300A，焊接電 壓為30V，氬氣流量為15L/min;
[0073] 步驟8:采用真空自耗熔煉方法將步驟7制備的電極熔煉得到鈦鋁合金二次錠，即 為真空熔煉用鈦鋁合金電極。其中，熔煉時熔煉電流為7.0~8.0ΚΑ，電壓為24~28V，熔煉時 真空度為3.0 X 10-2~5.0 X 10-^a。
[0074] 對步驟8制備的鑄錠進(jìn)行扒皮后，在鑄錠的頭部及尾部取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。主 元素鋁、鈮、鉻的檢測結(jié)果見表4:
[0075] 表4 11-48&七％厶1-1(^七％他-2.(^七％0合金鑄錠含量(￥七％)
[0077]從表1-表4可以看出，本發(fā)明制備的鈦鋁合金鑄錠化學(xué)成分均勻。
【主權(quán)項】
1. 一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:根據(jù)鈦鋁合金化學(xué)成分中鈦、鋁的含量計算出所需的原材料重量，將原材料壓 制成若干個電極塊； 步驟2:將步驟1制備的若干個電極塊組焊成若干支自耗電極； 步驟3:將步驟2制備的自耗電極熔煉，得到若干支鈦鋁合金一次錠； 步驟4:將步驟3的鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角； 步驟5:采用等離子氬弧焊將焊絲熔化附著在步驟4中的鈦鋁合金一次錠頭尾端部倒角 處，形成鈦附著層； 步驟6:將步驟5中的若干支鈦鋁合金一次錠頭尾相接組焊成一支電極； 步驟7:將步驟6制備的電極熔煉后得到鈦鋁合金二次錠。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 1中采用油壓機(jī)壓制。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 2中采用等離子氬弧焊接方法組焊。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 3和步驟7中均采用真空自耗熔煉方法熔煉。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 3中熔煉的條件為:熔煉電流為3.0~7 . OKA，電壓為22~26V，熔煉時真空度為5.0 X 1 0-2~ 8.0X10-%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 4中倒角為5~10mmX45° 〇7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，用酒 精將步驟4中的鑄錠端部倒角處擦拭干凈。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 5中焊絲牌號為TA1，直徑為3mm;鈦附著層的厚度為5~10mm;步驟6中組焊的條件為：電流為 200-300A，焊接電壓為20-30V，氬氣流量為10~15L/min。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，步驟 7中熔煉的條件為:熔煉電流為4.0~8.0ΚΑ，電壓為23~28V，熔煉時真空度為3.0 X 1 0-2~ 5.0X10-%。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空熔煉用鈦鋁合金電極的焊接方法，其特征在于，原 材料為海綿鈦、鋁豆、鋁釩合金和鉻，或原材料為海綿鈦、鋁豆和鈮鈦合金，或原材料為海綿 鈦、錯豆、銀鈦合金和絡(luò)。
【文檔編號】B23K10/02GK106077979SQ201610503669
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】薛祥義, 劉娣, 張利軍, 焦勇, 劉小花
【申請人】西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司