[发明专利]一种Ti-Al-V-Mo系金属粉芯药芯焊丝及其制备方法

说明书

一种Ti‑Al‑V‑Mo系金属粉芯药芯焊丝及其制备方法。本发明属于焊接材料技术领域。本发明为现有钛合金药芯焊丝制备成本高以及焊后需要清理渣壳、不适用于窄间隙钛合金厚壁构件焊接的技术问题。本发明的Ti‑Al‑V‑Mo系金属粉芯药芯焊丝由Ti‑10Mo‑4Nb‑4V外皮和填充在其中的药芯组成，其中药芯按质量分数由钒粉5％～7％、铝粉10％～15％、钼粉为3％～5％、铁粉3％～4％和余量钛粉混合而成。本发明提供的Ti‑Al‑V‑Mo钛合金金属粉芯药芯焊丝，可以应用于激光填丝焊、非熔化极气体保护焊等领域，其焊接工艺性好、综合力学性能优良、扩散氢含量低、焊接效率高、焊缝成形好、焊后无需清理渣壳，坡口角度适用范围宽泛的TC4钛合金等双相钛合金的焊接，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种Ti-Al-V-Mo系金属粉芯药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

TC4钛合金是一种重要的结构材料，因其优异的综合性能(密度小、比强度高、耐腐蚀性和耐高温性能稳定等)被广泛应用于航空航天、深潜器以及武器装备等领域。根据钛合金相组成的区别，可将其分为3种类型:α型、α+β型以及β型，而TC4钛合金是α+β型双相钛合金中应用最多的材料，并且其具有优良的焊接性能，而广泛应用于焊接构件中。

钛合金厚壁构件填充焊接多采用熔化极气体保护焊和激光填丝焊，采用的填充金属大部分都是成分与母材相近的实心焊丝，对于抑制焊接过程中的元素烧损、有益元素的补充及组织性能的调控作用极为有限。因此，开发一种焊接接头组织性能易于调控、可以对焊接过程烧损的有益元素进行补充添加的金属粉芯药芯焊丝具有实际应用意义。

截至目前，钛合金药芯焊丝发明专利较少，钛合金药芯焊丝的优势比较明显：其制备工艺较为简单，无需熔炼工序，可以灵活调整成分比例，有利于通过配方调整改善焊接工艺性能及接头力学性能；同时熔深较大、焊接飞溅较小、润湿及铺展性能较好、焊缝成形较好，但是，现有钛合金药芯焊丝的药粉中大多含有稀土元素用来细化组织晶粒，众所周知，稀土元素价格极其昂贵，如果少量制备单纯用于科学研究，成本暂可接受，如果用于实际工业应用则不现实；除此之外，现有钛合金药芯焊丝的药粉通常采用非金属成分来造渣造气用以保护熔池金属，而焊后则会在焊缝表面形成渣壳，需要用渣锤进行清理，因此此类焊丝仅适用于焊缝坡口尺寸较大的构件，焊接效率较低。

发明内容

本发明为现有钛合金药芯焊丝制备成本高以及焊后需要清理渣壳、不适用于窄间隙钛合金厚壁构件焊接的技术问题，而提供了一种Ti-Al-V-Mo系金属粉芯药芯焊丝及其制备方法。

本发明的一种Ti-Al-V-Mo系金属粉芯药芯焊丝由Ti-10Mo-4Nb-4V外皮和填充在其中的药芯组成，其中药芯按质量分数由钒粉5％～7％、铝粉10％～15％、钼粉为3％～5％、铁粉3％～4％和余量钛粉混合而成。

进一步限定，所述药芯的填充率为22％～25％。

进一步限定，所述铝粉、钛粉的粒度为80～120目，所述钒粉、钼粉、铁粉的粒度为80～200目。

进一步限定，所述Ti-10Mo-4Nb-4V外皮厚度为0.4mm～0.5mm。

进一步限定，所述Ti-10Mo-4Nb-4V外皮的化学成分及其质量百分含量为：Mo：10.05％，Nb：4.09％，V：4.01％，Al：3.02％，H≤0.013％，N≤0.015％，O≤0.010％，余量为Ti。

进一步限定，所述药芯焊丝施焊后熔敷金属化学成分及其质量百分含量为：V：6.47％～7.07％，Al：10.2％～13.2％，Mo：6.45％～8.45％，Fe：2.93％～2.98％，Nb：1.0％，余量为Ti。

本发明的一种Ti-Al-V-Mo系金属粉芯药芯焊丝的制备方法按以下步骤进行：

步骤1：对Ti-10Mo-4Nb-4V钛带进行预处理，然后置于真空管式炉中进行热处理；