CN103722279A - 空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，包括焊缝正面气体保护装置、焊缝背面气体保护装置和焊缝定位紧固装置，焊缝正面气体保护装置设置在焊缝正面对焊缝正面焊后焊缝高温区域提供惰性气体保护，焊缝背面气体保护装置设置在焊缝背面对焊缝背面提供惰性气体保护，焊缝定位紧固装置将待焊零件装夹紧固在焊缝背面气体保护装置上方。本发明通过正面和反面保护装置的使用，在普通大气环境下熔化焊接钛合金材料，焊接过程中通过正反面保护装置在焊缝高温区域释放保护性气体，从而使焊缝高温区域与空气隔离，防止焊缝区的高温钛合金与空气中的成分反应（氧化氮化）而影响焊缝质量。

Description

空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置
技术领域
本发明涉及一种钛合金熔化焊接过程的焊缝保护技术，尤其涉及一种空气环境下中小厚度钛合金熔化焊气体保护装置。 
背景技术
钛合金化学性质活泼，焊接过程中的焊接熔池及熔合后的焊缝高温区金属极容易与空气中的氮、氧、氢发生化学反应，严重降低焊缝区域的力学性能，对于在空气环境下熔焊材料厚度在5mm以下的中小厚度钛合金来说，氩弧焊、高能束焊等熔焊方法的常规保护工艺难以达到理想的保护效果，目前主要通过两种方法改善。一种是在真空环境下进行焊接，比如在真空室中进行氩弧焊和电子束焊。另一种是在大气环境下进行，通过调整焊枪的保护气体流量，扩大保护气覆盖的范围，降低焊接速度，使用小焊接规范等工艺措施提高焊接保护效果。 
这两种钛合金焊接保护方法存在以下缺点： 
1）第一种真空环境焊接，需要真空室和抽真空***，保护效果好，但是焊接成本高，焊接过程需要抽真空，焊接工作完成时间长，同时真空室的体积与焊接件的大小不容易匹配，造成焊接成本或生产效率的问题。 
2）第二种能够起到一定的阻止空气，保护焊接后的钛合金高温金属，阻止氧化氮化的作用，但是保护效果不够理想。焊枪喷出的惰性保护气体主要位于焊缝正面熔池及热影响区周围，并随着焊枪及熔池一起移动，焊缝长度随着焊 接的进行逐渐增长，当温度高于200摄氏度的焊缝金属移出焊接气体保护范围，就会迅速氧化、氮化，而焊缝背面由于没有惰性气体保护，性能降低更加剧烈。因此确认钛合金焊缝是否氧化氮化是钛合金焊缝检验标准中的一项重要内容。 
发明内容
针对上述问题，本发明目的在于提供一种空气环境下钛合金熔化焊接气体保护装置，在非真空环境下，在焊接过程中使用该气体保护装置，排开高温焊缝能够接触到的空气，对焊缝正面、背面同时施行惰性气体保护，从而防止钛合金在高温状态下氧化、氮化、氢脆的发生，起到了非常好的保护效果。本装置能够适用于各种不同的焊接接头结构形式，适应性强。 
本发明的目的是通过以下技术方案来实现： 
一种空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，包括焊缝正面气体保护装置、焊缝背面气体保护装置和焊缝定位紧固装置，焊缝正面气体保护装置设置在焊缝正面对焊缝正面焊后焊缝高温区提供惰性气体保护，焊缝背面气体保护装置设置在焊缝背面对焊缝背面提供惰性气体保护，焊缝定位紧固装置将待焊零件装夹紧固在焊缝背面气体保护装置上方。这样连同焊枪喷嘴提供的保护焊接熔池的惰性保护气体，分三路在焊缝高温区的全方位提供焊缝保护，能够有效的隔绝空气，保护效果良好。同时在焊缝紧固装置的配合下能够有效固定焊接区域，保证焊缝正背面保护装置的使用效果。 
所述焊缝正面气体保护装置为一拖罩，拖罩上设置惰性气体进气口，焊接时拖罩罩于焊缝正面上方，在焊缝正面形成惰性气体保护空间，拖罩上设有套接在焊枪喷嘴外的套孔。拖罩上有套孔，焊接前套在焊枪的喷嘴外面，焊接时跟随焊枪一起移动，同时将焊接后的焊缝金属覆盖在其下方，通过惰性气体进 气口将惰性气体通入拖罩内，焊接时焊缝正面气体保护装置随焊枪一起移动，不断将焊缝高温区金属纳入拖罩及其内部的惰性气体的覆盖下，多余的惰性气体从拖罩下部与焊件之间的缝隙流出，阻止了空气侵入拖罩内部。 
所述拖罩为五面体金属拖罩。 
所述惰性气体进气口设置在拖罩顶部中间。进气口设置的位置使惰性气体能够由顶端向下扩散，有利于焊缝正面上方保护气体空间。 
所述拖罩内设置一网状隔断。网状隔断进一步将顶部接入并扩散到拖罩内的惰性气体均匀散布于拖罩内部各处。 
所述网状隔断是金属网状隔断。金属网格的孔的直径小于
Figure DEST_PATH_GDA0000465277280000031
，以便分割均布流入的惰性保护气体，使惰性气体均布在保护拖罩下部。 
所述焊缝背面气体保护装置是形状与焊缝背面形状一致的金属衬板，金属衬板上设置多个导气孔，导气孔沿金属衬板中心分布，金属衬板内部设置惰性气体通气导管，惰性气体通气导管走向与焊缝一致且位于焊缝的正下方，通气导管与导气孔贯通。 
所述金属衬板对应焊缝的位置设置有金属通槽。用于焊缝背面的金属的高温保护和焊缝的反透成型。待焊零件通过焊缝定位紧固装置压紧在焊缝背面气体保护装置上方，在焊接过程中向通气导管内通一定流量的惰性气体，惰性气体流经“焊缝背面气体保护装置”中心的导气孔并进入金属通槽，就充满焊缝背面的隙，在焊接过程中焊缝背面始终全部处于惰性气体的保护中。 
惰性气体通气导管在焊接结束焊缝温度低于100摄氏度后停止通入惰性气体。 
所述焊缝定位紧固装置为螺栓压紧压板或杠杆顶紧压板。焊缝定位紧固装置主要是用于将待焊接零件贴紧固定在“焊缝背面气体保护装置”上方，保证 焊缝与“焊缝背面气体保护装置”上的导气孔及金属通槽对正，可根据焊缝的不同结构设计不同的贴合紧固方式。直线焊缝可设计成螺栓压紧压板、杠杆顶紧压板等定位紧固方式，确保焊接的稳定性以及正背面保护效果。 
通过正面和反面保护装置的使用，在普通大气环境下熔化焊接钛合金材料，焊接过程中通过正反面保护装置在焊缝高温区域释放保护性气体，从而使焊缝高温区域与空气隔离，防止焊缝区的高温钛合金与空气中的成分反应（氧化氮化）而影响焊缝质量。这种保护方案结构简单，可靠性高，实用性强，成本低廉，能够满足钛合金焊接的保护要求。 
附图说明
图1是本发明实施例的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置的结构示意图。 
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。 
如图1所示，一种空气环境下钛合金熔化焊接气体保护装置，包括焊缝正面气体保护装置1、焊缝背面气体保护装置2和焊缝定位紧固装置3，焊缝正面气体保护装置1设置在焊缝正面对焊缝正面焊后焊缝提供惰性气体保护，焊缝背面气体保护装置2设置在焊缝背面对焊缝背面提供惰性气体保护，焊缝定位紧固装置3将待焊零件4装夹紧固在焊缝背面气体保护装置2上方。 
焊缝正面气体保护装置1是一五面体金属拖罩11，底面为空，底面边缘轮廓线与焊缝正面形状及走势一致。拖罩11几何轮廓约为长300mm、宽30mm、高20mm左右，拖罩11前端设置有套孔，焊接前套在焊枪5的喷嘴外面，焊接 时跟随焊枪5一起移动，同时将焊接后的焊缝金属覆盖在其下方。拖罩11顶部中间位置设惰性气体进气口12，焊接前通过进气软管13通一定时长惰性气体用以排出拖罩11内部的空气，焊接过程惰性气体以一定流量接入拖罩11，由顶端向下扩散开。拖罩11内部中间横截面位置设置细格金属网隔断14，细金属网隔断14进一步将顶部接入并扩散到金属拖罩11内的惰性气体6均匀散布于拖罩11内部各处，金属网格的孔的直径小于
Figure DEST_PATH_GDA0000465277280000051
。焊缝正面气体保护装置1随焊枪5一起移动，不断将焊缝高温区金属纳入金属拖罩11及其内部的惰性气体的覆盖下，多余的惰性气体从拖罩11下部与焊件之间的缝隙流出，阻止了空气侵入拖罩11内部。当焊缝正面气体保护装置1移开后，焊缝金属温度已降至能够引起钛合金剧烈化学反应的温度以下。焊缝正面气体保护装置1配合焊枪5的保护气喷嘴共同在高温焊缝正面施放惰性气体，从而能够起到良好的保护效果。 
焊缝背面气体保护装置2是形状与焊缝背面形状一致的多孔金属衬板21，多个导气孔22沿金属衬板中心分布，孔直径0.2mm，孔间距30-50mm，金属衬板21内部全长范围内置通气导管23，通气导管23走向与焊缝一致且位于焊缝的正下方，通气导管23与导气孔22贯通；金属衬板21中心与焊缝装配面一侧设置宽10mm，深2mm的金属通槽24，用于焊缝背面的金属反透与成型，待焊接零件4通过焊缝定位紧固装置3压紧在焊缝背面气体保护装置上方，焊缝背面均布导气孔和焊缝背面成型槽，在焊接过程中向通气导管23内通一定流量的惰性气体，惰性气体流经焊缝背面气体保护装置2中心的导气孔22和金属通槽24充满焊缝背面的隙，在焊接过程中焊缝背面始终全部处于惰性气体的保护中，焊接结束焊缝温度低于100摄氏度后停止供背面保护气。 
当焊缝为直缝时，焊缝定位紧固装置3为螺栓压紧压板或杠杆顶紧压板。焊缝正面气体保护装置1内通惰性气体，焊缝正面气体保护装置1跟随焊枪 5一起移动，将焊接完成的高温区金属覆盖，在焊枪逐渐移动的过程中焊接后的焊缝金属逐渐冷却，当温度低于100摄氏度以后就不再需要气体保护。焊缝背面使焊缝背面气体保护装置2，焊缝背面气体保护装置2形状与焊道形状一致，焊缝背面气体保护装置2贴于焊道背面，焊缝背面气体保护装置2内部有贯通的通气导管23，导气孔22沿焊道分布，通过导气孔22将惰性气体释放到焊缝背面，在整个焊接过程中对焊缝背面实施气体保护。通过焊缝定位紧固装置3，将待焊接零件紧固装卡在焊缝背面气体保护装置2上。用压板在靠近焊道中心区域对正压紧焊缝，压板压紧位置位于焊缝热影响区以外，即距焊缝中心20mm以外，既提高了焊缝的装配质量，同时提高了焊缝背面气体保护装置2的保护效果。 

Claims (10)

1.一种空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，包括焊缝正面气体保护装置、焊缝背面气体保护装置和焊缝定位紧固装置，焊缝正面气体保护装置设置在焊缝正面对焊缝正面焊后焊缝高温区域提供惰性气体保护，焊缝背面气体保护装置设置在焊缝背面对焊缝背面提供惰性气体保护，焊缝定位紧固装置将待焊零件装夹紧固在焊缝背面气体保护装置上方。
2.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述焊缝正面气体保护装置为一拖罩，拖罩上设置惰性气体进气口，焊接时拖罩罩于焊缝正面上方，在焊缝正面形成惰性气体保护空间，拖罩上设有套接在焊枪喷嘴外的套孔。
3.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述拖罩为五面体金属拖罩。
4.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述惰性气体进气口设置在拖罩顶部中间。
5.根据权利要求4所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述拖罩内设置一网状隔断。
6.根据权利要求5所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述网状隔断是金属网状隔断。
7.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述焊缝背面气体保护装置是形状与焊缝背面形状一致的金属衬板，金属衬板上设置多个导气孔，导气孔沿金属衬板中心分布，金属衬板内部设置惰性气体通气导管，惰性气体通气导管走向与焊缝一致且位于焊缝的正下方，通气导管与导气孔贯通。
8.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述金属衬板对应焊缝的位置设置有金属通槽。
9.根据权利要求7所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，惰性气体通气导管在焊接结束焊缝温度低于100摄氏度后停止通入惰性气体。
10.根据权利要求1所述的空气环境下中小厚度钛合金熔化焊接气体保护装置，其特征在于，所述焊缝定位紧固装置为螺栓压紧压板或杠杆顶紧压板。
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Application publication date: 20140416