CN107931793A - 一种钛合金焊接背保护装置及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钛合金焊接背保护装置，包括冷板，冷板上开有凹槽，其特征在于：凹槽内设有可装配气体保护模块，所述可装配气体保护模块包括设于其上部中间并从其一端贯通至另外一端的第一沟槽，设于该第一沟槽的两个侧壁的外侧的第二沟槽，及连通该第一沟槽和第二沟槽的多个通孔，所述第二沟槽的两端分别连接有通气接头，以连通背保护气体。与现有技术相比，本发明的优点在于：能保证对焊缝背面起到持续均匀的保护，焊缝表面质量通过目测可达到亮银色或金色；避免了现有技术中铜管通气导致通气铜管被焊住的情况；可以实现对平‑曲焊缝、直角焊缝或曲线焊缝等诸多异型焊缝的有效气体保护。

Description

一种钛合金焊接背保护装置及焊接方法
技术领域
本发明属于材料与构件制备加工领域，具体涉及一种钛合金焊接背保护装置及焊接方法。
背景技术
钛及钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性能优异、焊接性能良好等诸多优点，在航空、航天、船舶、兵器、化工等领域得到广泛应用。
钨极氩弧焊是钛及钛合金焊接工艺中应用最广泛的一种，在国际上通称为TIG焊，是连接薄板金属和打底焊的主要方法。该工艺属于不熔化极气体保护焊，利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化从而形成焊缝。焊接过程中钨极不熔化，只起保护作用。同时由焊矩的喷嘴送进氩气作保护气体。
但是，由于钛的化学活性强，随着温度的增高，其化学活性也将迅速增大，并在固态下能吸收各种气体。例如：将纯钛板加热到300℃时，在钛板表面就会吸附氢气；而加热至400℃时会吸收氧气；加热至600℃时吸收氮气，所以钛合金焊接的背面保护就显得极为重要，若焊接接头吸有氧、氮、氢等杂质元素，将使得接头的塑性和韧性急剧下降。目前，比较常用的焊接背保护方法有拖罩法和冷板法，拖罩法主要用于一些复杂焊道及一些平直焊缝不能满足要求的情况，其缺点是保护不充分，冷却效果较差；冷板法是在冷板中间开槽，槽内塞打孔的铜管通气保护，这种方法有两个弊端：一是经常发生保护气覆盖的不充分，背面严重氧化的问题，并不能起到稳定可靠的保护作用；二是有时会出现通气铜管被焊住的情况。
为解决上述冷板法所存在的缺陷，申请公布号为CN105269123A的中国发明专利申请《一种钛合金薄板的焊接装置及焊接方法》公开了一种钛合金焊接背面保护方法，属于冷板法范畴，其核心是通过单向通气方式使U型槽内充满流动的氩气，对焊缝背面形成保护，但是该方法存在以下缺陷：由于氩气密度比空气大，在敞开的U型槽内流动是呈现波浪形，即使波峰部分能使焊板背部铺满气体，但波谷部分卷入的全是空气，所以该部分不能对焊缝背面起到相应的保护作用；此外，该方法具有一定的局限性，只适合于规则的平直焊缝，且主要针对钛合金薄板。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结构简单的钛合金焊接背保护装置，以实现钛合金的高质量、稳定焊接，防止钛合金在焊接过程中发生氧化，且该方法适用于各种规则及不规则的焊缝。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用有上述钛合金焊接背保护装置的焊接方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种钛合金焊接背保护装置，包括冷板，冷板上开有凹槽，其特征在于：凹槽内设有可装配气体保护模块，所述可装配气体保护模块包括设于其上部中间并从其一端贯通至另外一端的第一沟槽，设于该第一沟槽的两个侧壁的外侧的第二沟槽，及连通该第一沟槽和第二沟槽的多个通孔，所述第二沟槽的两端分别连接有通气接头，以连通背保护气体。
在上述方案中，所述可装配气体保护模块为平直型、L型或弧形等结构，不同结构的可装配气体保护模块可自由组合装配以实现对平-曲焊缝、直角焊缝或曲线焊缝等不规则焊缝的背保护。
作为改进，所述通气接头包括进气口和连接该进气口的两个出气口，所述两个出气口分别连接所述可装配气体保护模块两侧的第二沟槽。
再改进，所述通气接头和可装配气体保护模块通过密封胶固定在所述冷板的凹槽内。
为把焊接产生的温度迅速传导到冷板上，并使冷板迅速散热，优选的是，所述冷板为紫铜板，该紫铜板的厚度≥25mm。
作为改进，所述通孔的直径为2-3mm，相邻两个通孔间的距离为8-15mm。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有上述钛合金焊接背保护装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钛合金焊板装卡于冷板上，焊缝对齐冷板上可装配气体保护模块的第一沟槽；
(2)通气接头连通背保护气体，对第二沟槽的两端进行通气，背保护气体均匀进入第二沟槽内，并通过通孔进入第一沟槽内对焊缝进行背保护；
(3)焊枪通过焊枪喷嘴对焊缝进行焊接。
在上述方案中，采用钨极氩弧焊方式焊接；焊枪的保护气体采用氩气；背保护气体采用氩气。
为进一步提高焊接质量，作为改进，所述焊缝为打底焊时，焊接电流为210-230A，背保护气体流量为30-35L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为100-120mm/min；所述焊缝为填充焊时，焊接电流为180-200A，背保护气体流量为20-25L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为90-120mm/min；所述焊缝为盖面焊时，焊接电流为180-190A，背保护气体流量为20-25L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为70-100mm/min。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过在冷板上设置可装配气体保护模块，在可装配气体保护模块的两端进行通气，使得背保护气体能从第二沟槽均匀流出，并通过通孔进入第一沟槽内，在第一沟槽内形成保护气膜，保证对焊缝背面起到持续均匀的保护，焊缝表面质量通过目测可达到亮银色或金色；避免了现有技术中铜管通气导致通气铜管被焊住的情况；由于采用可装配气体保护模块，可通过改变可装配气体保护模块的形状与尺寸，将不同形状的冷板与可装配气体保护模块以积木装配式密封连接，可以实现对平-曲焊缝、直角焊缝或曲线焊缝等诸多异型焊缝的有效气体保护。
附图说明
图1为本发明实施例一中冷板与可装配式气体保护模块的结构示意图；
图2为图1中可装配式气体保护模块的结构示意图；
图3为本发明实施例一中通气接头的结构示意图；
图4为本发明实施例二中冷板与可装配式气体保护模块的结构示意图；
图5为本发明实施例三中冷板与可装配式气体保护模块的结构示意图。
图6为本发明实施例二的钛合金焊接背保护装置与实施例一中的钛合金焊接背保护装置装配后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
如图1～3所示，一种钛合金焊接背保护装置，冷板1采用400mm×400mm×25mm的紫铜板，中间线切割出凹槽11，凹槽11内装配有可装配式气体保护模块2，在本实施例中，该可装配式气体保护模块2为一条400mm×20mm×20mm的平直型长条，平直型长条两端各切掉20mm×20mm×20mm用于放置通气接头3，在平直型长条的上部中间开有一条360mm×6mm×6mm的第一沟槽21，第一沟槽21的两个侧壁的外侧各开有360mm×3mm×3mm的第二沟槽22，第二沟槽22与第一沟槽21间开有连通第二沟槽22与第一沟槽21的通孔X，在本实施例中，通孔X的孔径为2mm，相邻两个通孔X间的距离为8mm，具体请参见图2；如图3所示，通气接头3包括一个进气口31和连接进气口31的两个出气口32，该两个出气口32分别连接平直型长条两侧的第二沟槽22；通气接头3和可装配式气体保护模2块用密封胶固定在冷板1上。
焊接时，将20mm厚的TC4钛合金焊板开双v型坡口，装卡于冷板1上，焊缝对齐第一沟槽21；通气接头3的进气口31连通背保护气体，对第二沟槽22的两端进行通气，背保护气体均匀进入第二沟槽22内，并通过通孔X进入第一沟槽21内，第一沟槽21的背保护气体在焊缝方向上处于不流动状态，在垂直焊缝方向上气体通过持续均匀的铺展，形成保护气膜，对焊接钛合金板的背面起到持续的保护作用，防止钛合金焊接过程中的背面氧化；采用钨极氩弧焊方式焊接，焊枪采用的保护气体为纯度99.999％的高纯氩；焊接工艺为：打底焊时，焊接电流为210A，背保护气体流量为35L/min，焊枪保护气体的流量为25L/min，焊接速度为100mm/min；填充焊时，焊接电流为180A，背保护气体流量为20L/min，焊枪保护气体的流量为25L/min，焊接速度为90mm/min；盖面焊时，焊接电流为180A，背保护气体流量为20L/min，焊枪保护气体的流量为25L/min，焊接速度为70mm/min。
本实施例的焊接道次间及整个过程中的焊缝表面质量目测达到亮银色，焊接接头的强度系数为0.98，焊接接头伸长率为13.2％。
实施例二：
如图4所示，一种钛合金焊接背保护装置，冷板1采用400mm×400mm×25mm的紫铜板，中间线切割出凹槽11，凹槽11内装配可装配式气体保护模块2，在本实施例中，该可装配式气体保护模块2为截面为20mm×20mm的L型结构模块，L型结构模块两端各切掉20mm×20mm×20mm用于放置通气接头3，L型结构模块的结构与实施例1大致相同，区别在于本实施例中，通孔X的孔径为2mm，相邻两个通孔X间的距离为10mm；通气接头3的结构及通气接头3与可装配式气体保护模块2装配到冷板1上的方式与实施例一相同。
焊接时，将15mm厚的TC4钛合金焊板开双v型坡口，装卡于冷板1上，焊缝对齐第一沟槽21；通气接头3的进气口31连通背保护气体，对第二沟槽22的两端进行通气；采用钨极氩弧焊方式焊接，焊枪采用的保护气体为纯度99.999％的高纯氩；焊接工艺为：打底焊时，焊接电流为230A，背保护气体流量为30L/min，焊枪保护气体的流量为30L/min，焊接速度为120mm/min；填充焊时，焊接电流为200A，背保护气体流量为25L/min，焊枪保护气体的流量为20L/min，焊接速度为120mm/min；盖面焊时，焊接电流为190A，背保护气体流量为25L/min，焊枪保护气体的流量为20L/min，焊接速度为100mm/min。
本实施例的焊接道次间及整个过程中的焊缝表面质量目测达到亮银色，焊接接头的强度系数为0.97，焊接接头伸长率为13.0％。
实施例三：
如图5所示，其结构与焊接工艺与实施例一大致相同，区别在于本实施例的可装配式气体保护模块2为截面为20mm×20mm的弧型结构模块，可实现对弧形焊缝的有效气体保护。
本实施例的焊接道次间及整个过程中的焊缝表面质量目测达到亮银色，焊接接头的强度系数为0.95，焊接接头伸长率为9.8％。
本发明的钛合金焊接背保护装置可根据焊缝形状进行组装装配，当焊缝为直角焊缝时，可将实施例一中的钛合金焊接背保护装置与实施例二的钛合金焊接背保护装置组合装配，实现对直角焊缝的有效气体保护，具体结构请参见图6；当焊缝为直-曲焊缝时，可将实施例一中的钛合金焊接背保护装置与实施例三中的钛合金焊接背保护装置组合装配，实现对直-曲焊缝的有效气体保护；当焊缝为曲线焊缝时，可将多个实施例三中的钛合金焊接背保护装置进行组装，实现对曲线焊缝的有效气体保护。
当然对于其他异型焊缝，也可以通过其他组合实现有效的气体保护。

Claims (9)

1.一种钛合金焊接背保护装置，包括冷板，冷板上开有凹槽，其特征在于：凹槽内设有可装配气体保护模块，所述可装配气体保护模块包括设于其上部中间并从其一端贯通至另外一端的第一沟槽，设于该第一沟槽的两个侧壁的外侧的第二沟槽，及连通该第一沟槽和第二沟槽的多个通孔，所述第二沟槽的两端分别连接有通气接头，以连通背保护气体。
2.根据权利要求1所述的钛合金焊接背保护装置，其特征在于：所述可装配气体保护模块为平直型、L型或弧形等结构，不同结构的可装配气体保护模块可自由组合装配以实现对平-曲焊缝、直角焊缝或曲线焊缝等不规则焊缝的背保护。
3.根据权利要求1所述的钛合金焊接背保护装置，其特征在于：所述通气接头包括进气口和连接该进气口的两个出气口，所述两个出气口分别连接所述可装配气体保护模块两侧的第二沟槽。
4.根据权利要求3所述的钛合金焊接背保护装置，其特征在于：所述通气接头和可装配气体保护模块通过密封胶固定在所述冷板的凹槽内。
5.根据权利要求1所述的钛合金焊接背保护装置，其特征在于：所述冷板为紫铜板，该紫铜板的厚度≥25mm。
6.根据权利要求1所述的钛合金焊接背保护装置，其特征在于：所述通孔的直径为2-3mm，相邻两个通孔间的距离为8-15mm。
7.一种应用有权利要求1～6任一权项所述的钛合金焊接背保护装置的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钛合金焊板装卡于冷板上，焊缝对齐冷板上可装配气体保护模块的第一沟槽；
(2)通气接头连通背保护气体，对第二沟槽的两端进行通气，背保护气体均匀进入第二沟槽内，并通过通孔进入第一沟槽内对焊缝进行背保护；
(3)焊枪通过焊枪喷嘴对焊缝进行焊接。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于：采用钨极氩弧焊方式焊接；焊枪的保护气体采用氩气；背保护气体采用氩气。
9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于：所述焊缝为打底焊时，焊接电流为210-230A，背保护气体流量为30-35L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为100-120mm/min；所述焊缝为填充焊时，焊接电流为180-200A，背保护气体流量为20-25L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为90-120mm/min；所述焊缝为盖面焊时，焊接电流为180-190A，背保护气体流量为20-25L/min，焊枪保护气体的流量为20-30L/min，焊接速度为70-100mm/min。
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