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利用不同的钛 合金填料金属以得到增强的疲劳寿命的焊接钛结构

阅读：107发布：2021-12-20

专利汇可以提供利用不同的钛合金填料金属以得到增强的疲劳寿命的焊接钛结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且利用不同的钛合金填料金属以得到增强的疲劳寿命的焊接钛结构。提供的是一种用于焊接不同类型的钛的方法。所述方法利用也与被焊接的钛类型不同的填料金属。与通过焊接钛的常规方法而形成的焊接件相比，所述方法在不损失拉伸强度的情况下形成在室温和高温下具有改进的疲劳寿命的焊接件。，下面是利用不同的钛合金填料金属以得到增强的疲劳寿命的焊接钛结构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于焊接不同类型的钛的方法，所述方法包括：
提供包括第一类型的钛的第一工件(301,410)，其中，所述第一类型的钛是α型钛和β型钛中的一种；
提供包括第二类型的钛的第二工件(302,420)，其中，所述第二类型的钛是α型钛和β型钛中的一种，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同；
选择填料金属(305)，其中，所述填料金属(305)包括α-β型钛；以及
 熔化所述填料金属(305)以形成接合所述第一工件(301,410)和所述第二工件(302,
420)的焊接件(430)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述α型钛包括大约5.8至大约8.0重量百分比的铝当量(Aleq)和大约1.3至大约2.0重量百分比的钼当量(Moeq)，
所述β型钛包括大约3.0重量百分比或更低的Aleq和大约10.0重量百分比或更大的Moeq，所述α-β型钛包括大约3.0至大约7.0重量百分比的Aleq和大约2.1至大约10.0重量百分比的Moeq，
并且其中，所述Aleq通过Aleq＝Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)来确定，其中Al是铝的重量百分比，Zr是锆的重量百分比，Sn是锡的重量百分比，并且O是氧的重量百分比，并且所述Moeq通过Moeq＝Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)来确定，其中Mo是钼的重量百分比，Ta是钽的重量百分比，Nb是铌的重量百分比，W是钨的重量百分比，V是钒的重量百分比，Cr是铬的重量百分比，Ni是镍的重量百分比，Mn是锰的重量百分比，Co是钴的重量百分比，并且Fe是铁的重量百分比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述α型钛包括多于大约90％的α型钛。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述α型钛包括钛、Ti-5Al-2Sn-3Li、Ti-8Al-1Mo-
1V、Ti-2.5Cu、Ti-6242、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo、Ti-
3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn超低间隙、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-
0.4Mo-0.45Si或Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述β型钛包括至少50％的β型钛。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述β型钛包括Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-
2Fe-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al以及Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-
3Al-3Cr-3Sn、Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr、Ti-
1.5Al-5.5Fe-6.8Mo或Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，被选择的所述α-β型钛不包括钼。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述α-β型钛包括Ti-6AL-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-
2Mo、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-
4Cr、Ti-7Al-4Mo、Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-
0.25Si、Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr、Ti-5Al-4V-0.075Mo-0.5Fe、Ti-5Al-5V-1Fe或Ti-3.5Al-
2.0V-1.2Fe。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，熔化所述填料金属(305)的步骤包括使用线性摩擦焊接、摩擦搅拌焊接、气体保护钨极电弧焊接、等离子体电弧焊接、激光束焊接、气体保护钨极电弧焊接、气体金属电弧焊接、等离子体电弧焊接、电子束焊接和埋弧焊接中的一种或更多种。
10.一种接合两种不同类型的钛的焊接件，所述焊接件包括：
包括第一焊接边缘(303,412)的第一工件(301,410)，其中，所述第一工件(301,410)包括第一类型的钛并且所述第一类型的钛是α型钛或β型钛；
包括第二焊接边缘(304,422)的第二工件(302,420)，其中，所述第二工件(302,420)包括第二类型的钛并且所述第二类型的钛是α型钛或β型钛，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同；以及
焊接部分(430)，所述焊接部分(430)被设置在所述第一焊接边缘与所述第二焊接边缘之间，其中，所述焊接部分(430)包括填料金属(305)，该填料金属包括α-β型钛。
11.根据权利要求10所述的焊接件，其中，
所述α型钛包括大约5.8至大约8.0重量百分比的铝当量(Aleq)和大约1.3至大约2.0重量百分比的钼当量(Moeq)，
所述β型钛包括大约3.0重量百分比或更低的Aleq和大约10.0重量百分比或更大的Moeq，所述α-β型钛包括大约3.0至大约7.0重量百分比的Aleq和大约2.1至大约10.0重量百分比的Moeq，
并且其中，所述Aleq通过Aleq＝Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)来确定，其中Al是铝的重量百分比，Zr是锆的重量百分比，Sn是锡的重量百分比，并且O是氧的重量百分比，并且所述Moeq通过Moeq＝Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)来确定，其中Mo是钼的重量百分比，Ta是钽的重量百分比，Nb是铌的重量百分比，W是钨的重量百分比，V是钒的重量百分比，Cr是铬的重量百分比，Ni是镍的重量百分比，Mn是锰的重量百分比，Co是钴的重量百分比，并且Fe是铁的重量百分比。
12.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述α型钛包括多于大约90％的α型钛。
13.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述α型钛包括钛、Ti-5Al-2Sn-3Li、Ti-8Al-
1Mo-1V、Ti-2.5Cu、Ti-6242、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn超低间隙、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-
0.4Mo-0.45Si或Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。
14.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述β型钛包括至少50％的β型钛。
15.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述β型钛包括Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-
8V-2Fe-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al以及Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-
15V-3Al-3Cr-3Sn、Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr、Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo或Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al。
16.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述α-β型钛包括Ti-6AL-4V、Ti-6Al-2Sn-
4Zr-2Mo、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-5Al-2Sn-2Zr-
4Mo-4Cr、Ti-7Al-4Mo、Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-
2Cr-0.25Si、Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr、Ti-5Al-4V-0.075Mo-0.5Fe、Ti-5Al-5V-1Fe或Ti-
3.5Al-2.0V-1.2Fe。
17.根据权利要求10所述的焊接件，其中，所述第一类型的钛包括按重量计大约6％或更低的钼含量，所述第二类型的钛包括按重量计大约10％至大约20％的钼含量，并且包括所述α-β型钛的所述填料金属(305)不包括钼。
18.一种接合两种不同类型的钛的焊接件，所述焊接件包括：
第一工件(301,410)，所述第一工件(301,410)包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo钛合金；
第二工件(302,420)，所述第二工件(302,420)包括β型钛；以及
焊接部分(430)，所述焊接部分(430)接合所述第一工件(301,410)和所述第二工件(302,420)，其中，所述焊接部分(430)包括填料金属(305)，该填料金属包括Ti-6Al-4V。

说明书全文

利用不同的钛 合金填料金属以得到增强的疲劳寿命的焊接钛

结构

技术领域

[0001] 本公开一般地涉及焊接钛，并且具体地涉及焊接钛的不同合金。

背景技术

[0002] 包括航空航天、汽车、医疗和体育商品的许多行业利用钛和钛合金。这些和其它行业常常在制造期间将不同类型的钛合金焊接在一起。钛合金可基于其化学含量和晶体结构被分类为三种类型：α、β和α-β。α型钛合金主要具有六边形密堆积晶体结构。它们一般地展示高耐腐蚀性、低至中等强度、在低温和升高温度下的良好机械性能以及最小热处理性。它们可包括诸如铝、氧、氮或碳的合金元素作为α相稳定剂。α型钛合金的示例包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo(Ti 6242)和Ti-8Al-1Mo-1V。β型钛合金主要具有体心立方晶体结构并且一般地具有高强度、高成形性和热处理性。这些合金可包括诸如钒、钼、铁、铌和铬的元素作为β相稳定剂。β型钛合金的示例包括Ti-10V2Fe3Al和Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si(β21S)。α-β型钛合金包括α型钛和β型钛两者的混合物。最常用的α-β型钛合金之一是Ti-6Al-4V。

[0003] 当焊接不同类型的钛时，填料金属的选择已仅限于与被接合的合金中的一种类似的合金。美国焊接协会(AWS)焊接手册第五卷第九版指示填料金属应该与第6章第407-408页中的被接合的钛类型中的一种匹配。例如，应该使用α型钛填料金属或β型钛填料金属来将α型钛工件接合到β型钛工件。这确保焊接接头和具有较弱拉伸强度的钛类型一样强。发明内容

[0004] 根据本教导，提供了一种用于焊接不同类型的钛的方法。所述方法包括提供包括第一类型的钛的第一工件，其中，所述第一类型的钛是α型钛和β型钛中的一种。提供了包括第二类型的钛的第二工件，其中，所述第二类型的钛是α型钛和β型钛中的一种，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同。填料金属被选择，其中，所述填料金属包括α-β型钛并且所选择的填料金属被熔化以形成接合所述第一工件和所述第二工件的焊接件。

[0005] 根据本教导，提供了一种接合两种不同类型的钛的焊接件。所述焊接件包括第一工件，所述第一工件包括第一焊接边缘，其中，所述第一工件包括第一类型的钛并且所述第一类型的钛是α型钛或β型钛；所述焊接件还包括第二工件，所述二工件包括第二焊接边缘，其中，所述第二工件包括第二类型的钛并且所述第二类型的钛是α型钛或β型钛，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同。焊接部分被设置在所述第一焊接边缘与所述第二焊接边缘之间，其中，所述焊接部分包括包括α-β型钛的填料金属。

[0006] 根据本教导，提供了用于焊接不同类型的钛的另一方法。所述方法包括提供包括第一类型的钛的第一工件，其中，所述第一类型的钛是α型钛、β型钛和α-β型钛中的一种。提供了包括第二类型的钛的第二工件，其中，所述第二类型的钛是α型钛、β型钛和α-β型钛中的一种，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同。填料金属被选择，其中，所述填料金属是α型钛、β型钛和α-β型钛中的一种，并且其中，所述填料金属与所述第一类型的钛和所述第二类型的钛不同。所述填料金属然后被熔化以形成接合所述第一工件和所述第二工件的焊接件。

[0007] 根据本教导，提供了接合两种不同类型的钛的另一焊接件。所述焊接件包括包括第一焊接边缘的第一工件，其中，所述第一工件包括第一类型的钛并且所述第一类型的钛是α型钛、β型钛和α-β型钛。所述焊接件还包括包括第二焊接边缘的第二工件，其中，所述第二工件包括第二类型的钛并且所述第二类型的钛是α型钛、β型钛和α-β型钛，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同。焊接部分被设置在所述第一焊接边缘与所述第二焊接边缘之间，其中，所述焊接部分包括填料金属，所述填料金属包括α型钛、β型钛和α-β型钛，并且其中，所述填料金属与所述第一类型的钛和所述第二类型的钛不同。

[0008] 应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述都仅是示例性的和说明性的，而不限制如要求保护的本公开。附图说明

[0009] 附图被并入在本说明书中并构成本说明书的一部分，例示了本公开并与说明书一起用来说明本公开的原理。

[0010] 图1示意性地描绘了某些钛和钛合金的六边形密堆积晶胞；

[0011] 图2示意性地描绘了某些钛合金的体心立方晶胞；

[0012] 图3A、图3B和图3C描绘了根据本教导的焊接不同类型的钛合金的方法；

[0013] 图4描绘了根据本教导的焊接接合不同类型的钛合金；

[0014] 图5是标绘常规焊接件和根据本教导的焊接件的极限拉伸强度的图表；

[0015] 图6是示出了常规焊接件和根据本教导的焊接件在室温下的疲劳强度的图表；

[0016] 图7是示出了常规焊接件和根据本教导的焊接件在暴露于700华氏度持续1000小时之后的疲劳强度的图表。

[0017] 图8是示出了常规焊接件和根据本教导的焊接件在暴露于1200华氏度持续10小时之后的高温疲劳强度的图表。

具体实施方式

[0018] 现在将详细地参考本公开的示例性实施方式，其示例被例示在附图中。只要可能，将在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且在附图中通过例示来示出可实践本公开的具体示例性实施方式。这些实施方式被足够详细地描述以使得本领域技术人员能够实践本公开，并且应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其它实施方式并且可以做出变化。以下描述因此仅仅是示例性的。

[0019] 焊接不同类型的钛要求使用填料金属来填充被接合的工件之间的间隙。不同类型的钛可以是例如将α型钛焊接到β型钛、将α型钛焊接到α-β型钛或者将β型钛焊接到α-β型钛。如以上所讨论的，填料金属已照惯例被选择为与被焊接的钛类型中的一种匹配。例如，当将α型钛工件焊接到β型钛工件时，填料金属必须是α型钛或β型钛以与这些工件中的一个匹配。这确保焊接接头处的适当强度。在示例性实施方式中，公开了类型与被焊接的不同类型的钛不同的钛的钛填料金属的使用。通过本发明方法所形成的焊接件具有与使用匹配填料金属所形成的常规焊接件相当的拉伸强度。然而，令人惊讶的是，使用与要接合的工件不同类型的钛的填料金属的本发明焊接接头展示了增强的疲劳寿命。这可延长焊接钛组件的使用寿命并且减少部件重量和更换成本。增强的疲劳寿命在升高的温度下也是明显的，从而为使用焊接来接合可以经受高温环境的不同类型的钛提供另外的机会。

[0020] 如本文所使用的，术语“类型”和“相”可互换地用于指代钛及其合金的三种分类：α、β和α-β。如本文所使用的，除非另外指出明，否则术语“钛”指代纯钛和钛合金。

[0021] 如本文所使用的，术语“α”型或相钛指代具有从大约5.8至大约8.0重量百分比的铝当量(Aleq)和从大约1.3至大约2.0重量百分比的钼当量(Moeq)的钛合金。钛合金的铝当量通过下式来确定：

[0022] Aleq＝Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10) 等式1

[0023] 其中Al是钛合金中的铝的重量百分比，Zr是钛合金中的锆的重量百分比，Sn是钛合金中的锡的重量百分比，并且O是钛合金中的氧的重量百分比。除非另外指定，否则重量百分比指代合金元素的重量相对于钛合金的总重量。钛合金的钼当量通过下式来确定：

[0024] Moeq＝Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+

[0025] (Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5) 等式2

[0026] 在等式2中，Mo是钛合金中的钼的重量百分比，Ta是钛合金中的钽的重量百分比，Nb是钛合金中的铌的重量百分比，W是钛合金中的钨的重量百分比，V是钛合金中的钒的重量百分比，Cr是钛合金中的铬的重量百分比，Ni是钛合金中的镍的重量百分比，Mn是钛合金中的锰的重量百分比，Co是钛合金中的钴的重量百分比，并且Fe是钛合金中的铁的重量百分比。α型钛一般地具有如图1中所示的六边形密堆积晶体结构。α型钛合金包括90％或更多的α型钛，其可例如通过诸如显微图像分析和扫描电子显微镜(SEM)反向散射电子(BSE)技术的定量金相技术来确定。

[0027] 如本文所使用的，术语“β”型或β相钛合金指代具有小于大约3.0重量百分比的Aleq和大于大约10.0重量百分比的Moeq的钛合金。Aleq和Moeq分别可通过等式1和等式2来确定。β型钛一般地具有如图2中所示的体心立方晶体结构。β型钛合金包括大约50％或更多的β型钛的体积分数，其可例如通过诸如显微图像分析和扫描电子显微镜(SEM)反向散射电子(BSE)技术的定量金相技术来确定。

[0028] 如本文所使用的，术语“α-β”型钛指代具有从大约3.0至大约7.0重量百分比的Aleq和从大约2.1至大约10.0重量百分比的Moeq的钛合金。Aleq和Moeq分别可通过等式1和等式2来确定。在微观结构上，α-β型钛包括α型和β型两者的混合物。β型钛的量包括从大约10％至大约50％的体积分数。每种类型的量可例如通过诸如显微图像分析和扫描电子显微镜(SEM)反向散射电子(BSE)技术的定量金相技术来确定。

[0029] 图3A、图3B和图3C例示了根据本发明的用于焊接两种不同类型的钛的示例性方法300。在图3A处，提供由第一类型的钛(α、β或α-β)形成的第一工件301。第一工件301具有第一焊接边缘303。第一焊接边缘303是第一工件301将被接合到另一工件的表面或点。提供由与第一工件不同的第二类型的钛形成的第二工件302。例如，第一工件301可由α型钛形成并且第二工件302可由β型钛形成。第二工件302可包括第二焊接边缘304。第二焊接边缘304是第二工件302将被接合到第一工件301的表面或点。

[0030] 在图3B处，选择填料金属305。填料金属305可以是α、β或α-β型钛，但是与第一类型和第二类型不同的类型。例如，第一工件301可由α型钛形成。α型钛的示例包括但不限于Ti-5Al-2Sn-3Li、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2.5Cu、Ti-6242、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn超低间隙、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si和Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。第二工件302可由β型钛形成。β型钛的示例包括但不限于Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al以及Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Al-3Cr-
3Sn、Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5V-5Mo-5Al-3Cr、Ti-1.5Al-
5.5Fe-6.8Mo和Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al。在这种情况下，填料金属305被选择为α-β型钛。α-β型钛的示例包括但不限于Ti-6AL-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-
4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-7Al-4Mo、Ti-4.5Al-3V-2Mo-
2Fe、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si、Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si、Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr、Ti-
5Al-4V-0.075Mo-0.5Fe、Ti-5Al-5V-1Fe和Ti-3.5Al-2.0V-1.2Fe。结果，选择的填料金属
305是由与由α型钛形成的第一工件301和由β型钛形成的第二工件302不同类型的钛形成的α-β型钛合金。本领域普通技术人员应理解的是，当这些工件中的一个由α-β型钛形成时，填料金属也可以是α或β型钛。

[0031] 在图3C处，填料金属305(示出在图3B中)被熔化以形成接合区域309。取决于焊接技术和相关设备的类型，填料金属305熔化并通过毛细管作用流向第一焊接边缘303与第二焊接边缘304之间的接合区域309。适合的焊接技术包括但不限于线性摩擦焊接、摩擦搅拌焊接、气体保护钨极电弧焊接、等离子体电弧焊接、激光束焊接、气体保护钨极电弧焊接(GTAW)、气体金属电弧焊接(GMAW)、等离子体电弧焊接(PAW)、电子束焊接(EBW)和埋弧焊接(SAW)。

[0032] 再次参考图3C，接合区域309接合第一工件301和第二工件302。尽管描绘了两个工件，然而本领域普通技术人员应理解的是，可通过所公开的方法来接合多于两个的工件。本领域普通技术人员应进一步理解的是，尽管描绘了对接接头，然而可形成其它接头，包括但不限于搭接、拐角、边缘和T形接头。本教导提供用于通过选择也与被焊接的工件不同类型的填料金属来焊接不同类型的钛的方法。本文公开的方法的优点包括与通过常规焊接所产生的钛焊接件相比较在室温和高温下具有相当的拉伸强度和增强的疲劳寿命的钛焊接件的产生。

[0033] 图4示意性地描绘了接合根据本教导而形成的不同类型的钛的示例性焊接区域400。焊接部分430接合第一工件410和第二工件420。第一工件410包括第一类型的钛：α型钛、β型钛或α-β型钛。第二工件420包括第二类型的钛：α型钛、β型钛或α-β型钛，但是不同于第一工件410的第一类型的钛。例如，形成第一工件410的第一类型的钛可以是α型钛并且形成第二工件420的第二类型的钛可以是β型钛或α-β型钛。

[0034] 第一工件410进一步包括第一焊接边缘412并且第二工件420包括第二焊接边缘422。焊接部分430被设置在第一焊接边缘412与第二焊接边缘422之间以接合第一工件410和第二工件420。焊接部分430由所选择的填料金属形成，所述填料金属是与不同的第一工件和第二工件不同类型的钛。例如，如果形成第一工件410的第一类型的钛是α型钛并且形成第二工件420的第二类型的钛是β型钛，则焊接部分430由通过α-β型填料金属的使用产生的α-β型钛形成。本领域普通技术人员应理解的是，当第二工件由α-β型钛形成时，β型填料金属被选择为使得焊接部分由β型钛合金形成。尽管在图4中描绘了对接接头，然而本领域普通技术人员应理解的是，可形成其它接头，包括但不限于搭接、拐角、边缘和T形。本领域普通技术人员还应理解的是，焊接区域400可包括多于两个的工件。在通过图3A、图3B和图
3C中示意性地描绘的方法所形成的另一示例性焊接件中，可选择填料金属以不包括钼(Mo)。例如，第一工件301可以是α型钛合金，诸如Ti 6242，并且第二工件302可以是β型钛合金，诸如β21S。填料金属305可以是α-β型钛合金，诸如Ti-6Al-4V。现在参考图4，当填料金属具有很少或没有钼时，焊接部分430可具有低钼含量并且避免消极的冶金反应。另外的示例包括第一工件301是Mo含量按重量计为大约6％的α钛合金并且第二工件302是Mo含量按重量计为大约10％至大约20％的β型钛合金。通过选择没有Mo的α-β填料作为合金元素，焊接接头可具有低钼含量并且避免消极的冶金反应。

[0035] 为了演示根据本教导而形成的焊接件的增强的疲劳寿命，产生了测试和对照焊接件。为了产生测试和对照焊接件，各自具有0.027英寸厚、9英寸宽和12英寸长的第一工件和第二工件被焊接在一起。使用手工气体保护钨极电弧焊接，工件通过使用DC直极性和氩气回吹所形成的方槽焊接接头来接合。经焊接的工件形成了大约12×18英寸的面板。然后在用于测试的试样被切割之前在1200华氏度下把面板加热持续8小时。测试焊接件是从使用αβ填料金属所焊接的面板切割的试样并且对照焊接件是从使用α或β填料金属所焊接的面板切割的试样。

[0036] 测试焊接件使用了α-β型钛填料金属Ti-6Al-4V来将由β型钛合金Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si形成的第一工件接合到由α型钛合金TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si形成的第二工件。
因此，测试焊接件使用α-β型钛填料金属将α型钛接合到β型钛。

[0037] 对照焊接件1是通过使用β型Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si作为填料金属来将β型Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si工件与α型TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si工件接合而形成的。对照焊接件2是通过使用α型TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si作为填料金属来将β型Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si工件与α型TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si工件接合而形成的。因此，对照焊接件1使用β型钛填料金属来将α型钛接合到β型钛，然而对照焊接件2使用α型钛填料金属来将β型钛接合到α型钛。

[0038] 测试和对照焊接件的极限拉伸强度是依照ASTM E-8使用每条件使用三个样品的ASTM E-8的图10中所示的拉伸样品构型来确定的。焊接件位于测试样品的量规部分的中心。图5中描绘的图表500示出了测试焊接件(510)、对照焊接件1(530)和对照焊接件2(550)的平均极限拉伸强度。使用α-β填料金属(Ti-6Al-4V)来将不同的α型钛(TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si)工件接合到β型钛(Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si)工件的测试焊接件具有大约138ksi的平均极限拉伸强度。将不同的α型钛(TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si)工件接合到β型钛(Ti-15Mo-
3Nb-3Al-0.2Si)工件但是使用与α型钛工件类似的α型钛填料金属(TI-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-Si)的对照焊接件2具有138ksi的平均极限拉伸强度。将不同的α型钛(TI-6Al-2Sn-4Zr-
2Mo-Si)工件接合到β型钛(Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si)工件但是使用与β型钛工件类似的β型钛填料金属(Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si)的对照焊接件1具有大约136ksi的平均极限拉伸强度。这些结果演示了当与通过与被焊接的钛类型中的一种类似的填料金属所接合的不同类型的钛的常规焊接件相比较时，通过也与被接合的钛类型不同的填料金属来接合不同类型的钛的焊接件的拉伸强度没有损失。

[0039] 测试和对照焊接件在室温下的疲劳寿命是依照ASTM E-466使用+0.06的r比率和10次循环/秒的频率来确定的。使用Kt(应力强度因子)等于1.0的样品。焊接件位于样品量规部分的中心。图6示出了测试和对照焊接件在室温下的疲劳寿命的图表600。图表600标绘了平均失效循环次数与ksi的最大应力的关系。对照焊接件1(630)和对照焊接件2(650)的平均失效循环次数在大约55ksi和大约60ksi的最大应力下介于10,000次循环与100,000次循环之间。相比之下，测试焊接件(610)演示了在较高的最大应力下较大的失效循环次数。
例如，测试焊接件的平均失效循环次数在大约60ksi和大约65ksi的增加的最大应力下超过
1,000,000次循环。将最大应力增加到大约70ksi，导致平均失效循环次数介于10,000次循环与100,000次循环之间。这些结果演示了与使用与焊接钛合金中的一种类似的填料金属的常规焊接件相比，通过也与焊接钛合金不同的填料金属所接合的不同类型的钛合金的焊接件在室温下的疲劳寿命方面的显著改进。

[0040] 测试和对照焊接件的高温疲劳寿命是依照ASTM E-466来按与室温疲劳样品相同的测试参数和样品配置而测试的。图7示出了在热暴露于1200华氏度持续10小时之后的高温疲劳寿命的图表700。图表700标绘了平均失效循环次数与按ksi计量的最大应力的关系。在大约60ksi的最大应力下，对照焊接件1(730)的平均失效循环次数是大约8,000。在大约
60ksi的相同的最大应力下，对照焊接件2(750)的平均失效循环次数是大约13,000。相比之下，在相同的60ksi最大应力下，测试焊接件(710)具有超过49,000个失效循环的平均值。这些结果示出了与使用与焊接钛合金中的一种类似的填料金属的常规焊接件相比，使用也与被焊接的钛类型不同的填料金属所接合的不同类型的钛在高温下的疲劳寿命方面的显著改进。

[0041] 图8示出了在热暴露于700华氏度持续1000小时之后的高温疲劳寿命的图表800。图表800标绘了平均失效循环次数与按ksi计量的最大应力的关系。在大约60ksi的最大应力下，对照焊接件1(830)的平均失效循环次数是大约67,000。在大约60ksi的相同的最大应力下，对照焊接件2(850)的平均失效循环次数是大约100,000。然而，在相同的60ksi最大应力下的测试焊接件(810)在失效之前具有超过410,000次循环的平均值。如以前，这些结果示出了与使用与焊接钛合金中的一种类似的填料金属的常规焊接件相比，使用也与被焊接的钛类型不同的填料金属所接合的不同类型的钛在高温下的疲劳寿命方面的显著改进。

[0042] 此外，本公开包括根据以下条款的示例：

[0043] 条款1.一种用于焊接不同类型的钛的方法，所述方法包括：提供包括第一类型的钛的第一工件，其中，所述第一类型的钛是α型钛和β型钛中的一种；提供包括第二类型的钛的第二工件，其中，所述第二类型的钛是α型钛和β型钛中的一种，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同；选择填料金属，其中，所述填料金属包括α-β型钛；以及熔化所述填料金属以形成接合所述第一工件和所述第二工件的焊接件。

[0044] 条款2.根据条款1所述的方法，其中，所述α型钛包括大约5.8至大约8.0重量百分比的铝当量(Aleq)和大约1.3至大约2.0重量百分比的钼当量(Moeq)，所述β型钛包括大约3.0重量百分比或更低的Aleq和大约10.0重量百分比或更大的Moeq，所述α-β型钛包括大约
3.0至大约7.0重量百分比的Aleq和大约2.1至大约10.0重量百分比的Moeq，并且其中，所述Aleq通过Aleq＝Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)来确定，其中Al是铝的重量百分比，Zr是锆的重量百分比，Sn是锡的重量百分比，并且O是氧的重量百分比，并且所述Moeq通过Moeq＝Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)来确定，其中Mo是钼的重量百分比，Ta是钽的重量百分比，Nb是铌的重量百分比，W是钨的重量百分比，V是钒的重量百分比，Cr是铬的重量百分比，Ni是镍的重量百分比，Mn是锰的重量百分比，Co是钴的重量百分比，并且Fe是铁的重量百分比。

[0045] 条款3.根据条款1或2所述的方法，其中，所述α型钛包括多于大约90％的α型钛。

[0046] 条款4.根据条款1至3中的任一项所述的方法，其中，所述α型钛包括钛、Ti-5Al-2Sn-3Li、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2.5Cu、Ti-6242、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-
5Al-5Sn-2Zr-2Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn超低间隙、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-
6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si或Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。

[0047] 条款5.根据条款1至4中的任一项所述的方法，其中，所述β型钛包括至少50％的β型钛。

[0048] 条款6.根据条款1至5中的任一项所述的方法，其中，所述β型钛包括Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al以及Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-11.5Mo-6Zr-
4.5Sn、Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn、Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5V-5Mo-
5Al-3Cr、Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo或Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al。

[0049] 条款7.根据条款1至6中的任一项所述的方法，其中，被选择的所述α-β型钛不包括钼。

[0050] 条款8.根据条款1至7中的任一项所述的方法，其中，所述α-β型钛包括Ti-6AL-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-7Al-4Mo、Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si、Ti-6Al-2Sn-
2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si、Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr、Ti-5Al-4V-0.075Mo-0.5Fe、Ti-5Al-5V-1Fe或Ti-3.5Al-2.0V-1.2Fe。

[0051] 条款9.根据条款1至8中的任一项所述的方法，其中，熔化所述填料金属包括使用线性摩擦焊接、摩擦搅拌焊接、气体保护钨极电弧焊接、等离子体电弧焊接、激光束焊接、气体保护钨极电弧焊接、气体金属电弧焊接、等离子体电弧焊接、电子束焊接或埋弧焊接中的一种或更多种。

[0052] 条款10.一种接合两种不同类型的钛的焊接件，所述焊接件包括：包括第一焊接边缘的第一工件，其中，所述第一工件包括第一类型的钛并且所述第一类型的钛是α型钛或β型钛；包括第二焊接边缘的第二工件，其中，所述第二工件包括第二类型的钛并且所述第二类型的钛是α型钛或β型钛，并且其中，所述第二类型的钛与所述第一类型的钛不同；以及焊接部分，所述焊接部分被设置在所述第一焊接边缘与所述第二焊接边缘之间，其中，所述焊接部分包括包括α-β型钛的填料金属。

[0053] 条款11.根据条款10所述的焊接件，其中，所述α型钛包括大约5.8至大约8.0重量百分比的铝当量(Aleq)和大约1.3至大约2.0重量百分比的钼当量(Moeq)，所述β型钛包括大约3.0重量百分比或更低的Aleq和大约10.0重量百分比或更大的Moeq，所述α-β型钛包括大约3.0至大约7.0重量百分比的Aleq和大约2.1至大约10.0重量百分比的Moeq，并且其中，所述Aleq通过Aleq＝Al+(Zr/6)+(Sn/3)+(O×10)来确定，其中Al是铝的重量百分比，Zr是锆的重量百分比，Sn是锡的重量百分比，并且O是氧的重量百分比，并且所述Moeq通过Moeq＝Mo+(Ta/5)+(Nb/3.6)+(W/2.5)+(V/1.5)+(Cr×1.25)+(Ni×1.25)+(Mn×1.7)+(Co×1.7)+(Fe×2.5)来确定，其中Mo是钼的重量百分比，Ta是钽的重量百分比，Nb是铌的重量百分比，W是钨的重量百分比，V是钒的重量百分比，Cr是铬的重量百分比，Ni是镍的重量百分比，Mn是锰的重量百分比，Co是钴的重量百分比，并且Fe是铁的重量百分比。

[0054] 条款12.根据条款10或11所述的焊接件，其中，所述α型钛包括多于大约90％的α型钛。

[0055] 条款13.根据条款10至12中的任一项所述的焊接件，其中，所述α型钛包括钛、Ti-5Al-2Sn-3Li、Ti-8Al-1Mo-1V、Ti-2.5Cu、Ti-6242、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-5Al-2.5Sn超低间隙、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si、Ti-6Al-2.75Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si或Ti-5.8Al-4Sn-3.5Zr-0.7Nb-0.5Mo-0.35Si。

[0056] 条款14.根据条款10至13中的任一项所述的焊接件，其中，所述β型钛包括至少50％的β型钛。

[0057] 条款15.根据条款10至14中的任一项所述的焊接件，其中，所述β型钛包括Ti-13V-11Cr-3Al、Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al、Ti-10V-2Fe-3Al以及Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、Ti-11.5Mo-
6Zr-4.5Sn、Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn、Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si、Ti-15Mo-5Zr-3Al、Ti-5V-
5Mo-5Al-3Cr、Ti-1.5Al-5.5Fe-6.8Mo或Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al。

[0058] 条款16.根据条款10至15中的任一项所述的焊接件，其中，所述α-β型钛包括Ti-6AL-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-4V超低间隙、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr、Ti-7Al-4Mo、Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si、Ti-
6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si、Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr、Ti-5Al-4V-0.075Mo-0.5Fe、Ti-5Al-
5V-1Fe或Ti-3.5Al-2.0V-1.2Fe。

[0059] 条款17.根据条款10至16中的任一项所述的焊接件，其中，所述第一类型的钛包括按重量计大约6％或更低的钼含量，所述第二类型的钛包括按重量计大约10％至大约20％的钼含量，并且包括所述α-β型钛的所述填料金属不包括钼。

[0060] 条款18.一种接合两种不同类型的钛的焊接件，所述焊接件包括：第一工件，所述第一工件包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo钛合金；第二工件，所述第二工件包括β型钛；以及焊接部分，所述焊接部分接合所述第一工件和所述第二工件，其中，所述焊接部分包括包括Ti-6Al-4V的填料金属。

[0061] 条款19.一种焊接钛组件，所述焊接钛组件包括：第一工件，所述第一工件包括Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo钛合金；第二工件，所述第二工件包括β型钛；以及焊接件，所述焊接件接合所述第一工件和所述第二工件，其中，所述焊接部分包括包括Ti-6Al-4V的填料金属。

[0062] 虽然已经相对于一个或更多个实施方式例示了本教导，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可对所图示的示例做出变更和/或修改。例如，应领会的是，虽然过程被描述为一系列行为或事件，但是本教导不受此类行为或事件的排序限制。一些行为可按照不同的顺序发生和/或与除本文描述的那些行为或事件之外的其它行为或事件同时发生。例如，方法的步骤已被描述为第一、第二、第三等。如本文所使用的，这些术语仅指代相对于彼此的相对顺序，例如，第一在第二之前发生。另外，可能不要求所有过程阶段来实现依照本教导的一个或更多个方面或实施方式的方法学。应领会的是，可添加结构组件和/或处理阶段，或者可移除或者修改现有的结构组件和/或处理阶段。此外，可以在一个或更多个单独的行为和/或阶段中执行本文描绘的行为中的一个或更多个。此外，就在具体实施方式和权利要求书中使用术语“包括有”、“包括”、“具有”、“有”、“带有”或其变体来说，此类术语旨在为以与术语“含有”类似的方式是包括性的。术语“中的至少一个”用于意指可选择所列举的项目中的一个或更多个。如本文所使用的，相对于项目的列表(诸如例如A和B)的术语“中的一个或更多个”意指单独A、单独B或A和B。术语“中的至少一个”用于意指可选择所列举的项目中的一个或更多个。此外，在本文的讨论和权利要求中，相对于两种材料使用的术语“在...上”(一个“在”另一个“上”)意指材料之间的至少一些接触，然而“在...上方”意味着材料接近，但是可能具有一种或更多种附加中间材料，使得接触是可能的但不是必需的。“在…上”或“在…上方”都不暗示如本文所用的任何方向性。术语“保形”描述底层材料的角度通过保形材料来保存的涂层材料。术语“大约”指示可稍微更改所列举的值，只要更改不会导致过程或结构不符合所例示的实施方式即可。最后，“示例性”指示描述被用作示例，而不是暗示它是理想的。从对本文公开的说明书和实践的考虑中，本教导的其它实施方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例旨在仅被认为是示例性的，同时本教导的真实范围和精神通过随附权利要求来指示。

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