本發(fā)明屬于異種難熔金屬焊接領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法。

背景技術(shù)：

Ti80合金的化學(xué)成為Al：5.5～6.5、Nb：2.5～3.5、Zr：1.5～2.5、Mo:0.5～1.5、Fe：0.04、Si：0.04、O：0.1、H：0.1、Ti余量，屬于近α型鈦合金，具有較高的強(qiáng)度、較好的延性和韌性、良好的抗疲勞性能和良好的焊接性能，Ti80合金是我國(guó)船舶行業(yè)中使用最廣泛的鈦合金之一，合金現(xiàn)在已經(jīng)推廣應(yīng)用于我國(guó)深潛器的載人艙球殼。921A鋼化學(xué)成分為： C：0.07～0.14 、Si：0.17～0.37 、Mn：0.30～0.60、S：≤0.015、P：≤0.020、Ni：2.60～3.00、Cr：0.90～1.20、Mo：0.20～0.27、V：0.04～0.10，F(xiàn)e余量，具有較高的強(qiáng)度、良好的延性、韌性、疲勞性能和斷裂韌性，921A鋼廣泛應(yīng)用于我國(guó)船舶耐壓殼體。鈦/鋼異種金屬電子束焊接時(shí)，由于母材的物理性能差異，焊縫及其附近區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力，鈦和鐵在室溫的互溶度很小，鈦/鋼異種金屬焊接的冷卻過程中，焊縫會(huì)生成一定量的Ti-Fe脆性金屬間化合物，致使焊縫的強(qiáng)度和硬度升高，塑韌性降低，接頭脆性增大，嚴(yán)重影響接頭性能，甚至在焊接過程中接頭脆性開裂。

真空電子束焊接熱量集中，焊接速度快，真空條件下焊縫純凈度高，焊縫及熱影響區(qū)組織相比普通電弧焊細(xì)小，焊接變形與殘余應(yīng)力小，焊接線能量精確可控，適合于鈦鋼異種難熔金屬的焊接。王廷等人（王廷，張秉剛，陳國(guó)慶等.TA15鈦合金和304不銹鋼的電子束焊接[J].焊接學(xué)報(bào).2010，31（5）：53-56.）針對(duì)2.5mm厚TA15鈦合金和304不銹鋼進(jìn)行了電子束焊接工藝研究和焊后接頭不同區(qū)域顯微組織形貌和力學(xué)性能研究，但未得到質(zhì)量可靠穩(wěn)定的焊接接頭。目前，尚無(wú)有關(guān)船舶用Ti80和船體鋼921A電子束焊接的研究報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，該方法使Ti80與921A鋼的焊接接頭無(wú)裂紋，焊縫內(nèi)部質(zhì)量符合GJB1718A-2005Ⅰ級(jí)要求；抗拉強(qiáng)度≥200MPa，屈服強(qiáng)度≥150MPa。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，包括以下步驟：

（1）分別將純銅板、Ti80試板和921A鋼試板進(jìn)行表面機(jī)械處理，然后分別依次用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待焊；

（2）將銅板作為中間層置于待焊Ti80試板和921A鋼試板之間，組成待焊件，并將待焊件裝配至焊接工裝上，得到待焊試板；

（3）將裝配好的待焊試板置于真空室中，用夾具固定好，調(diào)整板材位置使得電子束能夠準(zhǔn)確的作用于待焊處，然后抽真空；

（4）聚焦電子束，調(diào)試焊接工藝參數(shù)以保證焊縫成形良好，調(diào)節(jié)電子束流偏向鋼板0.5-1mm，電子束從板材的一端開始焊接直到另一端為止；

（5）焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接。

作為本發(fā)明一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟（2）中銅板的厚度為0.5mm-1.0mm，純度≥99.9%。

作為本發(fā)明一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟（3）中真空室的真空度≥10^-3Pa。

作為本發(fā)明一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法的進(jìn)一步優(yōu)化，所述步驟（4）中焊接工藝參數(shù)如下：焊接速度500~2000mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流2000~2700mA，電子束束流10~200mA，工作距離200~1000mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下述優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

本發(fā)明采用純銅板作為中間層，能夠改變鈦金屬材料板與不銹鋼板直接電子束焊接接頭內(nèi)脆性化合物的分布形態(tài)和尺寸，從而改善了接頭的韌性，獲得無(wú)裂紋的電子束焊接接頭；選擇具有能量集中、熱輸入小、穿透能力強(qiáng)、能量轉(zhuǎn)化率高、可控性好的電子束作為施焊熱源，焊接時(shí)電子束束流作用點(diǎn)偏向于921A鋼板側(cè)，從而有效控制Ti80合金材料板和銅板的熔化量，提高接頭的強(qiáng)度與韌性；本發(fā)明制備Ti80合金板與921A鋼板接頭無(wú)裂紋，焊縫內(nèi)部質(zhì)量符合GJB1718A-2005Ⅰ級(jí)要求；抗拉強(qiáng)度≥200MPa，屈服強(qiáng)度≥150MPa。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所用焊接工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明電子束焊接連接界面（放大100倍）；

圖3為本發(fā)明電子束焊接連接界面的銅鋼界面（放大500倍）；

圖4為本發(fā)明電子束焊接連接界面的銅鈦界面（放大500倍）；

附圖標(biāo)記：1、Ti80試板，2、銅板，3、921A鋼試板，4、焊框，5、頂緊螺栓。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更明顯易懂，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，包括以下步驟：

（1）分別將純銅板、Ti80試板和921A鋼試板進(jìn)行表面機(jī)械處理，然后分別依次用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待焊；

（2）將銅板作為中間層置于待焊Ti80試板和921A鋼試板之間，組成待焊件，銅板的厚度為0.5mm-1.0mm，純度≥99.9%，并將待焊件裝配至焊接工裝上，得到待焊試板；

（3）將裝配好的待焊試板置于真空室中，真空室的真空度≥10^-3Pa，用夾具固定好，調(diào)整板材位置使得電子束能夠準(zhǔn)確的作用于待焊處，然后抽真空；

（4）聚焦電子束，調(diào)試焊接工藝參數(shù)以保證焊縫成形良好，調(diào)節(jié)電子束流偏向鋼板0.5-1mm，電子束從板材的一端開始焊接直到另一端為止，焊接工藝參數(shù)如下：焊接速度500~2000mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流2000~2700mA，電子束束流10~200mA，工作距離200~1000mm；

（5）焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接。

實(shí)施例1：

一種針對(duì)船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接方法，包括以下步驟：

（1）分別將純銅板、Ti80試板和921A鋼試板進(jìn)行表面機(jī)械處理，然后分別依次用丙酮、酒精溶劑超聲波清洗去除油污，干燥待焊；

（2）將銅板作為中間層置于待焊Ti80合金試板和921A鋼試板之間，組成待焊件，銅板的厚度為0.5mm-1.0mm，純度≥99.9%，并將待焊件裝配至焊接工裝上，得到待焊試板；

（3）將裝配好的待焊試板置于真空室中，真空室的真空度≥10^-3Pa，用夾具固定好，調(diào)整板材位置使得電子束能夠準(zhǔn)確的作用于待焊處，然后抽真空；

（4）聚焦電子束，調(diào)試焊接工藝參數(shù)以保證焊縫成形良好，調(diào)節(jié)電子束流偏向鋼板0.8mm，電子束從板材的一端開始焊接直到另一端為止，焊接工藝參數(shù)如下：焊接速度2000mm/min，加速電壓150kV，聚焦電流2337mA，電子束束流18mA，工作距離500mm；

（5）焊接完成后，真空冷卻10min，去真空并取出焊接完成的試件，即完成船舶用Ti80與921A鋼的真空電子束焊接。

利用X射線探傷儀對(duì)按上述步驟完成的真空電子束焊接焊縫進(jìn)行檢測(cè)，焊縫質(zhì)量滿足GJB1718A-2005Ⅰ級(jí)要求。

利用金相顯微鏡對(duì)接頭組織進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2-4所示；利用電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行焊接接頭拉伸試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 焊接接頭拉伸測(cè)試結(jié)果

所述焊接工裝如圖1所示，包括焊接架，焊接架的兩端對(duì)稱設(shè)置有中空結(jié)構(gòu)的焊框，焊框的頂部和側(cè)部開設(shè)有螺孔，待焊板兩端穿設(shè)在焊框內(nèi)，并通過頂緊螺栓頂緊。