[发明专利]钛合金大型复杂结构构件的制造方法

说明书

本发明提供了一种钛合金大型复杂结构构件的制造方法，该制造方法包括以下步骤：取多个等截面厚度的钛合金基材；其中，截面厚度H≤100mm；在真空环境下，利用电子束将所述多个钛合金基材依次首尾相连地双面焊接，得到焊接件；其中，所述电子束焊接时的工艺条件为：电压150kV，速率4～10mm/s，束流50～150mA，聚焦电流2050～2120mA，腔内工作压强≤6.7×10^‑2Pa；在惰性气氛中，在所述焊接件上靠近焊接区域的表面进行激光熔化沉积，得到复杂外形的构件，能够实现钛合金大型复杂结构构件的连接与成形，极大提高材料利用率，缩短制造周期，并降低成本。

技术领域

本发明涉及电子束焊接与激光增材制造复合连接方法技术领域，具体涉及一种钛合金大型复杂结构构件的制造方法。

背景技术

随着航空航天、兵器、舰船等机械运载领域行业的发展，各类先进装备和构件逐步朝着大型化、整体化和轻量化发展，其中高性能大型复杂结构构件的传统制造工艺面临制造难度大、材料利用率低且成本高的问题。钛合金由于比强度高、热强性好、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空航天及大型装备制造业中，对于大型复杂钛合金构件来说，高效低成本连接制造技术已经成为重大先进装备制造业的核心技术之一。

针对钛合金大型框梁结构，直接锻造加后续机械加工成形难度大，设备要求高，特别是面对一些具有特殊外形复杂结构的构件，制备周期长，成本高。由于电子束焊接钛合金工艺较成熟，而且相关焊接接头性能可控满足结构的要求，所以针对大型钛合金复杂结构构件中的等截面板材部分可采用电子束对接焊方式直接进行连接，初步实现钛合金复杂结构构件成形的大型化需求。

然而，针对钛合金大型复杂结构构件的高效制造，电子束对接焊方式仅能解决构件内等截面等简单结构的连接需求，复杂结构区域的制备通常还需要辅助其他制造技术进行实现。例如，现有技术通常辅助机械加工减材方式形成构件外部复杂结构，但这种方法容易造成大量的材料浪费，且可能面临焊接件的截面厚度超过电子束可焊接最大厚度(约100mm)，导致连接工艺不可实现的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种钛合金大型复杂结构构件的制造方法，该方法通过电子束对接焊等截面厚度板材件初步实现构件整体尺寸的制造，在等截面焊接件基础上进行外部激光增材制造复杂结构，实现钛合金大型复杂结构构件的连接与成形。

为了实现上述目的，本发明提供了一种钛合金大型复杂结构构件的制造方法。

该钛合金大型复杂结构构件的制造方法包括以下步骤：

取多个等截面厚度的钛合金基材；其中，截面厚度H≤100mm；

在真空环境下，利用电子束将所述多个钛合金基材依次首尾相连地双面焊接，得到焊接件；其中，所述电子束焊接时的工艺条件为：电压150kV，速率4～10mm/s，束流50～150mA，聚焦电流2050～2120mA，腔内工作压强≤6.7×10-²Pa；

在惰性气氛中，在所述焊接件上靠近焊接区域的表面进行激光熔化沉积，得到构件。

进一步的，所述惰性气氛为氩气气氛，且氧含量≤50ppm。

进一步的，所述激光熔化沉积的工艺条件为：功率为4～6kW，扫描速率为600～1200mm/min，激光光斑直径为5～8mm。

进一步的，所述激光熔化沉积所采用的原料为粒度70～250μm的钛合金预合金粉末，所述钛合金预合金粉末的化学组成与所述钛合金基材一致。

进一步的，在所述激光熔化沉积之前还需要对所述焊接件进行第一次退火处理；

并且在所述激光熔化沉积之后还需要对所述构件进行第二次退火处理。

进一步的，所述第一次退火处理的工艺条件为：升温至500～600℃，保温4～6h后空冷。