50 mm 厚板TC4 及TA17 钛合金真空电子束焊接工艺研究

李大东，白 威，邓 健，陈 容，耿乃涛

（钒钛资源综合利用国家重点实验室,攀钢集团研究院有限公司,四川 攀枝花 617000）

0 引言

钛及钛合金具有高比强度、耐腐蚀、加工性能良好等特性，广泛应用于石油、化工、能源等领域的关键部件及管道[1−2]。而钛及其合金结构件于上述工程领域的应用更是离不开各类焊接技术。目前，适宜于钛及其合金的焊接技术主要包括激光焊、钨极氩弧焊、搅拌摩擦焊、等离子弧焊及真空电子束焊。近年来，钛合金在核能、载人深潜器、航空航天等尖端领域的大量应用，更是对钛合金焊接缺陷防治、接头服役性能提升等方面提出了更高要求。对比研究表明[3−4]，真空电子束焊接工艺具有能量密度高、焊缝熔深大、焊接变形小、工艺重现性好等优势，特别适合于对焊缝质量要求较高的厚板钛合金的焊接。为研究50 mm 厚度的TC4 和TA17 为典型代表的钛合金真空电子束焊缝成形性，建立焊接数据库快速应用于焊接工艺制定，笔者开展了加速电压为150 kV 高压和85 kV 中压、不同焊接束流、不同焊接速度条件下的真空电子束焊接试验。

1 试验材料及物理特性差异

1.1 焊接试板及垫板

采用了实验室冶炼、锻造生产的50 mm 厚度TC4 和TA17 钛合金材料，其化学成分如表1 所示，产品技术标准满足GB/T 3620.1−2007《钛及钛合金牌号和化学成分》相关要求。经机械加工成650 mm×150 mm×50 mm 的焊接试板供真空电子束焊接试验。

表 1 TC4 和TA17 钛合金化学成分分析结果Table 1 Chemical compositions of TC4 and TA17 titanium alloys %

为了避免束流相对过大造成焊接试板严重穿透焊漏，采用同样成分的TC4 和TA17 钛合金加工了20.0 mm×15.0 mm 带5.0 mm×2.0 mm 凹槽垫板辅助焊缝成形，见图1 所示。……