CN101293303A - 一种钛合金厚板窄间隙tig自动焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接工艺,该焊接工艺包含焊接过程采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊接过程参数选择、焊接过程保护气氛的选择、焊接应力的消除六项内容。本发明的焊接工艺,实现了钛合金大厚板的窄间隙焊接,焊接过程稳定,可获得无缺陷的、性能合格的、盖面层焊缝宽度在10mm~16mm的焊缝,解决了钛合金大厚板窄间隙TIG自动焊接关键技术问题,实现钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接,具有生产效率高、生产成本低、接头的残余应力和残余变形小、焊缝组织相对细小、接头力学性能好。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域,尤其涉及到一种钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接工艺。
背景技术
随着现代工业及国防装备的日趋大型化、高参数化,厚板、超厚板焊接金属结构的应用愈来愈广泛,窄间隙焊接技术成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术。
据有关文献表明,钛合金的窄间隙焊接可以采用低强度等级的焊丝来焊高强度等级的母材,通过窄间隙条件下啮合强化作用得到了与母材等强的强化焊缝。根据上网检索到的材料分析,关于铁合金、铝合金相关的窄间隙焊接文章比较多,钛合金窄间隙焊接相关的资料比较少,最早进行钛合金厚板窄间隙焊接的是俄罗斯的中央材料研究院,而我们围家进行这些方面的研究很少报道。
目前应用于钛合金厚板的TIG焊接,在进行钛合金大厚板焊接时需开较大坡口,焊接道次多、焊接热影响区宽、焊接残余应力大、焊接变形大、焊接效率低等,这些在一定程度上限制了TIG焊接在中厚板焊接中的应用。
发明内容
针对上述问题的不足之处,本发明提供了一种钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接工艺,该焊接工艺可以解决钛合金大厚板窄间隙自动TIG焊接工艺技术难题,实现钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接,具有生产效率高、生产成本低、接头的残余应力和残余变形小、焊缝组织相对细小、接头力学性能好。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
所述的钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接工艺包含焊接过程采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊接过程参数选择、焊接过程保护气氛的选择、焊接应力的消除六项内容,各内容分述如下:
I、焊接过程采用焊枪的形式
焊接过程可根据焊接坡口的深度选择不同的焊枪类型,当坡口深度小于40mm时,采用标准TIG焊枪,调整钨极伸出的长度实现窄间隙焊接;当坡口深度大于60mm时,为加强焊缝及钨极保护采用扁形窄间隙焊枪伸入坡口中实现窄间隙焊接;当坡口深度处于40~60mm之间时,TIG焊枪或扁形窄间隙焊枪可选用任一种;
II、焊缝铺展形式
焊缝铺展形式分为两种,其一为单道多层焊接,当焊缝宽度在6~14mm时采用单道多层焊接,在此宽度范围内又分为单道不叠加横摆焊接和单道叠加横摆焊接,既焊缝宽度在6~12mm时采用单道不叠加横摆焊接,焊缝宽度在10~14mm时采用单道叠加横摆焊接;其二为多道多层焊接,既焊缝宽度大于14mm时采用多道多层焊接;
III、焊接坡口形式
焊接坡口形式分为单面坡口形式和双面坡口形式,其参数设计为:
H1为1mm~4mm、H2为0~6mm、W1为0~2mm、R为0~5mm、α为0~8°、β为0~5°,对于双面坡口形式和单面坡口形式其L1均应小于100mm;
IV、焊接过程参数选择
焊接过程参数包含电流脉冲参数选择、电流电压之间的相互匹配、送丝过程控制以及热丝电流的选择,具体参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度 热丝电流
打底焊 140~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 不送丝 100~200 0
过渡层 180~350 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 300~800 70~120 10~100
中间层 200~400 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 400~1000 70~120 20~100
盖面 160~350 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 300~800 70~120 20~100
上述数值中:电流单位为安,时间单位为秒,电压单位为伏,送丝速度单位为mm/min,焊接速度单位为mm/min;焊丝直径为0.8mm~1.2mm;
V、焊接过程保护气氛的选择
钛合金窄间隙焊接过程中采用高纯氩气保护实现焊接,保护气流量可根据具体焊接保护需要进行调整;
VI、焊接过程的应力消除
由于是多层多道焊接,每焊接1~3层后需要进行去应力处理,可采用超声冲击设备进行冲击消应处理,消应处理时设备输出电流值在1.5~2.5A。
由于采用如上所述的技术方案,本发明具有如下优越性:
1、本发明的焊接工艺,实现了钛合金大厚板的窄间隙焊接,焊接过程稳定。
2、可获得无缺陷的、性能合格的、盖面层焊缝宽度在10mm~16mm的焊缝,解决了钛合金大厚板窄间隙TIG自动焊接关键技术问题。
附图说明
图1是标准TIG焊枪示意图;
图2是扁形窄间隙焊枪示意图;
图3是本发明的双面坡口设计参数示意图;
图4是本发明的单面坡口设计参数示意图;
图5是实施例1采用的坡口形式示意图;
图6是实施例2采用的坡口形式示意图;
图7是实施例3采用的坡口形式示意图;
图8是实施例4采用的坡口形式示意图;
图3、4中:H1-钝边厚度;H2-直边段长度;W1装配间隙;R-过渡圆角半径;α-下坡口角度;β-上坡口角度;L1-下坡口角度对应的长度。
具体实施方式
实施例1:进行20mm厚、300mm长、150mm宽的一对TA2板对接焊,坡口形式见图5,采用的焊丝牌号为TA2,焊丝直径为1.2mm。
由于试板厚度较小,焊接过程中仅采用普通焊枪焊接;坡口设计时考虑到板厚较小,不留坡口角度,保证了焊缝表面宽度在6~12mm,焊接过程实现单层单道焊接。
焊接过程采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度
打底层 160~200 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 不送丝 140~160
过渡层 180~240 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 300~600 70~120
中间层 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 400~600 70~120
盖面 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 11~15 300~600 70~120
焊接过程根据焊缝表面尺寸和坡口加工精度的变化调整焊接电流的大小,使边缘获得较好的熔合效果。
焊接过程采用的保护气氛为高纯氩气,气流量15~25L/min,根据焊缝的保护效果调整保护气流量。
每层焊缝焊后采用超声冲击的方法消除焊接内应力,采用的电流大小为2A~2.2A。
焊接过程稳定,焊后焊缝无损检测合格,力学性能合格,获得的焊缝表面宽度小于12mm。
实施例2:进行300mm×150mm×100mm的一对Ti75试板对接焊接,坡口形式见图6。采用的焊丝牌号为Ti70,焊丝直径为1.0mm~1.2mm,在焊接过程中根据坡口参数的变化情况,适当地增加一定的刚性固定措施,使焊接坡口宽度始终满足单层单道焊接的要求,最后获得的焊缝表面宽度小于12mm。
由于试板厚度较大,焊接过程选用的坡口角度较小,而且采用上下两个坡口角度,针对焊接过程不同阶段收缩变形情况的不同,调整坡口角度抵消了焊接过程的收缩,保证了焊缝表面宽度在6mm~12mm,实现了单层单道焊接。
坡口深度在40mm~100mm范围内采用特制的扁形焊枪焊接,坡口深度小于40mm时采用普通焊枪焊接。
焊接过程采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度
打底层 160~220 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 不送丝 140~160
过渡层 220~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 300~600 70~120
中间层 240~330 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 11~14 400~600 70~120
盖面 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 300~600 70~120
焊接过程根据焊缝表面尺寸和坡口加工精度的变化调整焊接电流的大小,使边缘获得较好的熔合效果。
焊接过程采用的保护气氛为高纯氩气,采用扁形焊枪焊接时,坡口空间狭小采用的保护气流量为8L/min~12L/min,采用普通焊枪焊接时气流量15L/min~25L/min,在焊接过程中需要根据焊缝的保护效果调整保护气流量。
每层焊缝焊后采用超声冲击的方法消除焊接内应力,采用的电流大小为2A~2.2A。
焊接过程稳定,焊后焊缝无损检测合格,力学性能合格,获得的焊缝表面宽度小于12mm。
采用单面坡口可以实现100mm厚试板的焊接,说明采用双面坡口可以实现200mm厚工件的焊接。
实施例3:进行(φ2289mm~φ2093mm)×400mm两个Ti75合金环的对接焊接,焊缝厚度为98mm,焊接坡口形式见图7,采用的焊丝牌号为Ti70,焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
由于采用双面焊接坡口,坡口深度小于50mm,厚度较小,焊接过程中仅采用普通焊枪焊接;坡口设计时考虑到焊接过程中双面对称收缩,收缩量较小,而且焊接不同阶段收缩量不同,所以留出较小的坡口角度,同时采用上下两个坡口角度,保证了焊缝表面宽度在6~12mm,焊接过程实现单层单道焊接。
焊接过程采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度
打底层 140~220 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 不送丝 140~160
过渡层 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 300~600 70~120
中间层 280~350 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 11~15 400~600 70~120
盖面 280~350 0.1~0.4 30~60 0.1~1.4 11~15 300~600 70~120
由于待焊工件的尺寸较大,焊接过程散热良好,所以采用的焊接电流比前应用实例一、应用实例二大,电压也相应提高,其它参数相差不大。
焊接过程根据焊缝表面尺寸和坡口加工精度的变化调整焊接电流的大小,使边缘获得较好的熔合效果。
焊接过程采用的保护气氛为高纯氩气,气流量15~25L/min,根据焊缝的保护效果调整保护气流量。
每层焊缝焊后采用超声冲击的方法消除焊接内应力,采用的电流大小为2A~2.2A。
焊后焊缝无损检测合格,焊缝表面宽度小于12mm。
实施例4:进行300mm×150mm×60mm厚TA2试板的焊接,坡口形式见图7。采用的焊丝牌号为TA2,焊丝直径为1.0mm~1.2mm。
由于试板厚度较小,焊接过程中仅采用普通焊枪焊接;而坡口设计时角度选择过大,焊接后期焊缝宽度约为14mm,只能采用一层两道的焊接。
单层单道不叠加横摆焊接阶段,采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度 热丝电流
打底层 140~200 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 不送丝 140~160 0
过渡层 180~240 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 400~700 70~120 20~30
中间层 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 600~800 70~120 20~30
焊接过程为了提高熔敷效率,焊接过程叠加热丝。
采用单层单道叠加横摆焊接阶段,采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度
中间层 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 400~600 70~120
焊接过程叠加的横摆参数如下:
横摆速度 摆宽 上/下边缘停留时间
250~350 4~8 0.3~0.6/0.3~0.6
上述数值中:横摆速度单位为mm/min,焊接宽度单位为mm,时间单位为秒。
采用叠加横摆焊接时,采用的焊接参数可适当减小,以横摆在边缘的停留保证良好的边缘熔合效果。
采用一层两道焊接阶段,采用的焊接参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度
中间层 240~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~13 400~600 70~120
盖面 240~300 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 11~15 300~600 70~120
采用分道焊接时一次只要将边缘的熔合好,采用的焊接电流可以适当偏小。
焊接过程采用的保护气氛为高纯氩气,气流量15~25L/min,根据焊缝的保护效果调整保护气流量。
每层焊缝焊后采用超声冲击的方法消除焊接内应力,采用的电流大小为2A~2.2A。
焊后焊缝无损检测、力学性能检验均合格,焊缝宽度16mm。
Claims (1)
1、一种钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接工艺,其特征在于:该焊接工艺包含焊接过程采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊接过程参数选择、焊接过程保护气氛的选择、焊接应力的消除六项内容,各内容分述如下:
I、焊接过程采用焊枪的形式
焊接过程可根据焊接坡口的深度选择不同的焊枪类型,当坡口深度小于40mm时,采用标准TIG焊枪,调整钨极伸出的长度实现窄间隙焊接;当坡口深度大于60mm时,为加强焊缝及钨极保护采用扁形窄间隙焊枪伸入坡口中实现窄间隙焊接;当坡口深度处于40~60mm之间时,TIG焊枪或扁形窄间隙焊枪可选用任一种;
II、焊缝铺展形式
焊缝铺展形式分为两种,其一为单道多层焊接,当焊缝宽度在6~14mm时采用单道多层焊接,在此宽度范围内又分为单道不叠加横摆焊接和单道叠加横摆焊接,既焊缝宽度在6~12mm时采用单道不叠加横摆焊接,焊缝宽度在10~14mm时采用单道叠加横摆焊接;其二为多道多层焊接,既焊缝宽度大于14mm时采用多道多层焊接;
III、焊接坡口形式
焊接坡口形式分为单面坡口形式和双面坡口形式,其参数设计为:
H1为1mm~4mm、H2为0~6mm、W1为0~2mm、R为0~5mm、α为0~8°、β为0~5°,对于双面坡口形式和单面坡口形式其L1均应小于100mm;
IV、焊接过程参数选择
焊接过程参数包含电流脉冲参数选择、电流电压之间的相互匹配、送丝过程控制以及热丝电流的选择,具体参数如下:
位置 峰值电流 脉冲时间 基值电流 脉冲时间 峰值电压 送丝速度 焊接速度 热丝电流
打底焊 140~280 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 不送丝 100~200 0
过渡层 180~350 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 300~800 70~120 10~100
中间层 200~400 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 400~1000 70~120 20~100
盖面 160~350 0.1~0.4 30~60 0.1~0.4 10~15 300~800 70~120 20~100
上述数值中:电流单位为安,时间单位为秒,电压单位为伏,送丝速度单位为mm/min,焊接速度单位为mm/min;焊丝直径为0.8mm~1.2mm;
V、焊接过程保护气氛的选择
钛合金窄间隙焊接过程中采用高纯氩气保护实现焊接,保护气流量可根据具体焊接保护需要进行调整;
VI、焊接过程的应力消除
由于是多层多道焊接,每焊接1~3层后需要进行去应力处理,可采用超声冲击设备进行冲击消应处理,消应处理时设备输出电流值在1.5~2.5A。
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