專利名稱：一種鈦合金厚板窄間隙tig自動(dòng)焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊 接工藝。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)及國(guó)防裝備的日趨大型化、高參數(shù)化，厚板、超厚板焊接金 屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，窄間隙焊接技術(shù)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中厚板結(jié)構(gòu)焊接 的首選技術(shù)。
據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)表明，鈦合金的窄間隙焊接可以采用低強(qiáng)度等級(jí)的焊絲來(lái)焊高 強(qiáng)度等級(jí)的母材，通過(guò)窄間隙條件下嚙合強(qiáng)化作用得到了與母材等強(qiáng)的強(qiáng)化焊 縫。根據(jù)上網(wǎng)檢索到的材料分析,關(guān)于鐵合金、鋁合金相關(guān)的窄間隙焊接文章比 較多，鈦合金窄間隙焊接相關(guān)的資料比較少，最早進(jìn)行鈦合金厚板窄間隙焊接 的是俄羅斯的中央材料研究院，而我們閨家進(jìn)行這些方面的研究很少報(bào)道。
目前應(yīng)用于鈦合金厚板的TIG焊接，在進(jìn)行鈦合金大厚板焊接時(shí)需開(kāi)較大 坡口，焊接道次多、焊接熱影響區(qū)寬、焊接殘余應(yīng)力大、焊接變形大、焊接效 率低等，這些在一定程度上限制了 TIG焊接在中厚板焊接中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題的不足之處，本發(fā)明提供了一種鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng) 焊接工藝，該焊接工藝可以解決鈦合金大厚板窄間隙自動(dòng)TIG焊接工藝技術(shù)難 題，實(shí)現(xiàn)鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、接
頭的殘余應(yīng)力和殘余變形小、焊縫組織相對(duì)細(xì)小、接頭力學(xué)性能好。 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-所述的鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接丁藝包含焊接過(guò)程采用的焊槍形 式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊接過(guò)程參數(shù)選擇、焊接過(guò)程保護(hù)氣氛的 選擇、焊接應(yīng)力的消除六項(xiàng)內(nèi)容，各內(nèi)容分述如下
I 、焊接過(guò)程釆用焊槍的形式
焊接過(guò)程可根據(jù)焊接坡口的深度選擇不同的焊槍類(lèi)型，當(dāng)坡口深度小于 40咖時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)TIG焊槍，調(diào)整鎢極仲出的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接；當(dāng)坡口深 度大于60miri時(shí)，為加強(qiáng)焊縫及鎢極保護(hù)采用扁形窄間隙焊槍伸入坡口中實(shí)現(xiàn)窄 間隙焊接；當(dāng)坡口深度處于40 60mm之間時(shí)，TIG焊槍或扁形窄間隙焊槍可選 用任一種；
II 、焊縫鋪展形式
焊縫鋪展形式分為兩種，其一為單道多層焊接，當(dāng)焊縫寬度在6 14mm 時(shí)采用單道多層焊接，在此寬度范圍內(nèi)又分為單道不疊加橫擺焊接和單道疊加 橫擺焊接，既焊縫寬度在6 12mm時(shí)釆用單道不疊加橫擺焊接，焊縫寬度在 10 14mm時(shí)采用單道疊加橫擺焊接；其二為多道多層焊接，既焊縫寬度大于 14皿n時(shí)采用多道多層焊接；
III、 焊接坡口形式
焊接坡口形式分為單面坡門(mén)形式和雙面坡口形式，其參數(shù)設(shè)計(jì)為 Hl為lmm 4腿、H2為0 6誦、Wl為0 2腿、R為0 5mm、 cr為0 8° 、 3為0 5° ，對(duì)于雙面坡口形式和單面坡n形式其Ll均應(yīng)小于100mm;
IV、 焊接過(guò)程參數(shù)選擇
焊接過(guò)程參數(shù)包含電流脈沖參數(shù)選擇、電流電壓之間的相互匹配、送絲過(guò) 程控制以及熱絲電流的選擇，具體參數(shù)如下 隨 離頓脈沖時(shí)間難電流脈沖時(shí)間山維鵬送絲避像魏變熱激流 打麟140 280 0.1L4 30~60 0.1M).4 10 15不繼 100 200 0
180 350 0.1M).4 30 《0 0.1 《.4 10 15 300 80070 120 10 100 中間層200 400 0.1U 30~60 0.1U 10 15 400 1000 70 120 20 100蓋面 160 350 0.1~0.4 30^600.1~0.4 10 15 300 80070 120 20 100 J^:值中電 4媯安，時(shí)間單戯秒，EfeE剩媯伏，i^tiS單^^niMnin， 焊^S單^^nm/min;焊絲直徑為0. 8mrn 1, 2腿；
V、 焊接過(guò)程保護(hù)氣氛的選擇
鈦合金窄向隙焊接過(guò)程屮采用高純氬氣保護(hù)實(shí)現(xiàn)焊接，保護(hù)氣流量可根據(jù) 具體焊接保護(hù)需要進(jìn)行調(diào)整；
VI、 焊接過(guò)程的應(yīng)力消除
由于是多層多道焊接，每焊接1 3伝后需要進(jìn)行去應(yīng)力處理，可采用超 聲沖擊設(shè)備進(jìn)行沖擊消應(yīng)處理，消應(yīng)處理時(shí)設(shè)備輸出電流值在1. 5 2. 5A。 由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性
1、 本發(fā)明的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了鈦合金大厚板的窄間隙焊接，焊接過(guò)程穩(wěn)定。
2、 可獲得無(wú)缺陷的、性能合格的、蓋面層焊縫寬度在10mm 16mm的焊縫， 解決了鈦合金大厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。


圖1是標(biāo)準(zhǔn)TIG焊槍示意圖； 圖2是扁形窄間隙焊槍示意圖3是本發(fā)明的雙面坡口設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖； 圖4是本發(fā)明的單面坡口設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖； 圖5是實(shí)施例1采用的坡口形式示意圖； 圖6是實(shí)施例2采用的坡口形式示意圖； 圖7是實(shí)施例3采用的坡口形式示意圖8是實(shí)施例4采用的坡n形式示意圖3、 4中HI—鈍邊厚度；H2—直邊段長(zhǎng)度；Wl裝配問(wèn)隙；R—過(guò)渡圓 角半徑；a—下坡U角度；上坡口角度；L1—下坡口角度對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:進(jìn)行20mm厚、300mm長(zhǎng)、150腿寬的一對(duì)TA2板對(duì)接焊，坡口形式 見(jiàn)圖5，釆用的焊絲牌號(hào)為T(mén)A2，焊絲直徑為1. 2誦。
由于試板厚度較小，焊接過(guò)程中僅采用普通焊槍焊接；坡U設(shè)計(jì)時(shí)考慮到 板厚較小，不留坡口角度，保證了焊縫表面寬度在6 12mm，焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)單 層單道焊接。
焊接過(guò)程采用的焊接參數(shù)如卜 位置 斷直電流脈沖時(shí)間超直電流脈沖時(shí)間,直fiff- 焊fMS 打/SJl160 200 0.1~0.4 30400.1~0.4 10 13 不微 140 160 遺廳180 240 0.1~0.4 30K)0.1~0.4 10 13 300^600 70 120 中間層240 280 0.1U 30~600.1M). 4 10 13 400^600 70 120 蓋面 240 280 0.1~0.4 30^600.1~0.4 11 15 300^600 70 120
焊接過(guò)程根據(jù)焊縫表面尺寸和坡口加工精度的變化調(diào)整焊接電流的大小， 使邊緣獲得較好的熔合效果。
焊接過(guò)程采用的保護(hù)氣氛為高純氬氣，氣流量15 25L/min，根據(jù)焊縫的 保護(hù)效果調(diào)整保護(hù)氣流量。
每層焊縫焊后采用超聲沖擊的方法消除焊接內(nèi)應(yīng)力，采用的電流人小為 2A 2, 2A。
焊接過(guò)程穩(wěn)定，焊后焊縫無(wú)損檢測(cè)合格，力學(xué)性能合格，獲得的焊縫表面 寬度小于12腿。
實(shí)施例2:進(jìn)行300mmX150mmX100mm的一對(duì)Ti75試板對(duì)接焊接，坡口形式見(jiàn) 圖6。采用的焊絲牌號(hào)為T(mén)i70，焊絲直徑為1.0mm 1.2mm，在焊接過(guò)程中根據(jù) 坡口參數(shù)的變化情況，適當(dāng)?shù)卦黾右欢ǖ膭傂怨潭ù胧?，使焊接坡口寬度始終 滿足單層單道焊接的要求，最后獲得的焊縫表面寬度小于12mm。
由于試板厚度較大，焊接過(guò)程選用的坡口角度較小，而且采用上下兩個(gè)坡 口角度，針對(duì)焊接過(guò)程不同階段收縮變形情況的不同，調(diào)整坡口角度抵消了焊接過(guò)程的收縮，保證了焊縫表面寬度在6mm 12mm，實(shí)現(xiàn)/單層單道焊接。
坡口深度在40mm lOOnrni范圍內(nèi)采用特制的扁形焊槍焊接，坡口深度小于 40mm時(shí)采用普通焊槍焊接。
焊接過(guò)程采用的焊接參數(shù)如下:
隨,電流脈沖時(shí)間難電流脈沖時(shí)間離極焊 ^
打廳160 2200.1~0.430~600.1~0. 410 13不趟140 160
遺廳220 2800. H. 430~600. H. 41。 13300~60070 120
中間層240 3300.1~0. 430~600. H. 411 14400K)70 丄20
蓋面240 2800.1~0.430K)0.1~0. 410 13300KX)70 120
焊接過(guò)程根據(jù)焊縫表面尺寸和坡口加工精度的變化調(diào)整焊接電流的大小， 使邊緣獲得較好的熔合效果。
焊接過(guò)程采用的保護(hù)氣氛為高純氬氣，采用扁形焊槍焊接時(shí)，坡口空間狹
小采用的保護(hù)氣流量為8L/min 12L/min，采用普通焊槍焊接時(shí)氣流量 15L/min 25L/min，在焊接過(guò)程中需要根據(jù)焊縫的保護(hù)效果調(diào)整保護(hù)氣流量。
每層焊縫焊后采用超聲沖擊的方法消除焊接內(nèi)應(yīng)力，采用的電流大小為 2A 2. 2A。
焊接過(guò)程穩(wěn)定，焊后焊縫無(wú)損檢測(cè)合格，力學(xué)性能合格，獲得的焊縫表面 寬度小于12mm。
采用單面坡口可以實(shí)現(xiàn)100mm厚試板的焊接，說(shuō)明采用雙面坡口可以實(shí)現(xiàn) 200腿厚工件的焊接。
實(shí)施例3:進(jìn)行(4)2289咖 4)2093腿)X 400腿兩個(gè)Ti75合金環(huán)的對(duì)接焊接， 焊縫厚度為98mra，焊接坡口形式見(jiàn)圖7，采用的焊絲牌號(hào)為T(mén)i70，焊絲直徑為 1. Omm 1. 2腿。
由于采用雙面焊接坡口，坡口深度小于50mm,厚度較小，焊接過(guò)程中僅采 用普通焊槍焊接；坡口設(shè)計(jì)時(shí)考慮到焊接過(guò)程中雙面對(duì)稱收縮，收縮量較小， 而且焊接不同階段收縮量不同，所以留出較小的坡口角度，同時(shí)采用卜.下兩個(gè)坡口角度，保證了焊縫表面寬度在6 12mm，焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)單層單道焊接。 焊接過(guò)程采用的焊接參數(shù)如下
隨離電流脈沖時(shí)間難頓脈沖時(shí)間離腿i!M3M辯MS
打顧140 220 0.1~0.430~600.1~0.410 13不繼14D 160
跡廳240 280 0.430^600. H. 410 1370 120
中間層280 350 0.1L430~600. H. 411 15400^60070 120
蓋面280 350 0.1~0.430^600.1~0.411 15300~60070 120
由于待焊工件的尺寸較大，焊接過(guò)程散熱良好，所以采用的焊接電流比前 應(yīng)用實(shí)例一、應(yīng)用實(shí)例二大，電壓也相應(yīng)提高，其它參數(shù)相差不大。
焊接過(guò)程根據(jù)焊縫表面尺寸和坡口加工精度的變化調(diào)整焊接電流的大小， 使邊緣獲得較好的熔合效果。
焊接過(guò)程采用的保護(hù)氣氛為高純氬氣，氣流量15 25L/min，根據(jù)焊縫的 保護(hù)效果調(diào)整保護(hù)氣流量。
每層焊縫焊后采用超聲沖擊的方法消除焊接內(nèi)應(yīng)力，采用的電流人小為 2A 2.2A。
焊后焊縫無(wú)損檢測(cè)合格，焊縫表面寬度小于12mm。 實(shí)施例4:進(jìn)行300誦X150mmX60mm厚TA2試板的焊接，坡口形式見(jiàn)圖7。采 用的焊絲牌號(hào)為T(mén)A2，焊絲直徑為1. Omm 1. 2mm。
由于試板厚度較小，焊接過(guò)程中僅采用普通焊槍焊接；而坡口設(shè)計(jì)時(shí)角度 選擇過(guò)大，焊接后期焊縫寬度約為14mm，只能采用一層兩道的焊接。 單層單道不疊加橫擺焊接階段，采用的焊接參數(shù)如下-,電流脈沖時(shí)間難想充鵬中吋間,直腿i^Iit稱M^熱屋電流 打廳140 200 0.1~0.4 30~600.1~0.4 10 13 不徵 140 160 0 3d^廳180 240 0.1^0.4 30^600.1~0.4 10 13 400 700 70 120 20 30 中間層240 280 0.1~0.4 30~600.1^0.4 10 13 600 800 70 120 20 30 焊接過(guò)程為了提高熔敷效率，焊接過(guò)程疊加熱絲。采用單層單道疊加橫擺焊接階段，采用的焊接參數(shù)如下 皿 斷直敏荒&餅時(shí)間超直電流脈沖時(shí)間斷直ElH ^31 焊^
中間層240 280 0.1~0.4 30~600.1~0.4丄0 13 400~600 70 120
焊接過(guò)程疊加的橫擺參數(shù)如下
橫擺速度 擺寬 上/下邊緣停留時(shí)間
250 350 4 8 0. 3 0. 6/0. 3 0. 6
上述數(shù)值中橫擺速度單位為mm/min，焊接寬度單位為mm，時(shí)間單位為秒。
采用疊加橫擺焊接時(shí)，采用的焊接參數(shù)可適當(dāng)減小，以橫擺在邊緣的停留 保證良好的邊緣熔合效果。
采用一層兩道焊接階段，采用的焊接參數(shù)如下 皿 ,直電流脈沖時(shí)間謝直電流脈沖晰司,直ffii^ig稱Mg 中間層240 280 30^600.1~0.4 10 13 400^600 70 120
蓋面 240 300 0.1~0.4 30~600.1~0.4 11 15 300^600 70 120
采用分道焊接時(shí)一次只要將邊緣的熔合好，采用的焊接電流可以適當(dāng)偏小。
焊接過(guò)程采用的保護(hù)氣氛為高純氬氣，氣流量15 25L/min，根據(jù)焊縫的 保護(hù)效果調(diào)整保護(hù)氣流量。
每層焊縫焊后采用超聲沖擊的方法消除焊接內(nèi)應(yīng)力，采用的電流大小為 2A 2. 2A。
焊后焊縫無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能檢驗(yàn)均合格，焊縫寬度16mm。
權(quán)利要求
1、一種鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接工藝，其特征在于該焊接工藝包含焊接過(guò)程采用的焊槍形式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊接過(guò)程參數(shù)選擇、焊接過(guò)程保護(hù)氣氛的選擇、焊接應(yīng)力的消除六項(xiàng)內(nèi)容，各內(nèi)容分述如下I、焊接過(guò)程采用焊槍的形式焊接過(guò)程可根據(jù)焊接坡口的深度選擇不同的焊槍類(lèi)型，當(dāng)坡口深度小于40mm時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)TIG焊槍，調(diào)整鎢極伸出的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接；當(dāng)坡口深度大于60mm時(shí)，為加強(qiáng)焊縫及鎢極保護(hù)采用扁形窄間隙焊槍伸入坡口中實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接；當(dāng)坡口深度處于40～60mm之間時(shí)，TIG焊槍或扁形窄間隙焊槍可選用任一種；II、焊縫鋪展形式焊縫鋪展形式分為兩種，其一為單道多層焊接，當(dāng)焊縫寬度在6～14mm時(shí)采用單道多層焊接，在此寬度范圍內(nèi)又分為單道不疊加橫擺焊接和單道疊加橫擺焊接，既焊縫寬度在6～12mm時(shí)采用單道不疊加橫擺焊接，焊縫寬度在10～14mm時(shí)采用單道疊加橫擺焊接；其二為多道多層焊接，既焊縫寬度大于14mm時(shí)采用多道多層焊接；III、焊接坡口形式焊接坡口形式分為單面坡口形式和雙面坡口形式，其參數(shù)設(shè)計(jì)為H1為1mm～4mm、H2為0～6mm、W1為0～2mm、R為0～5mm、α為0～8°、β為0～5°，對(duì)于雙面坡口形式和單面坡口形式其L1均應(yīng)小于100mm；IV、焊接過(guò)程參數(shù)選擇焊接過(guò)程參數(shù)包含電流脈沖參數(shù)選擇、電流電壓之間的相互匹配、送絲過(guò)程控制以及熱絲電流的選擇，具體參數(shù)如下位置 峰值電流脈沖時(shí)間基值電流 脈沖時(shí)間峰值電壓 送絲速度 焊接速度熱絲電流打底焊140～2800.1～0.430～600.1～0.410～15不送絲 100～2000過(guò)渡層180～3500.1～0.430～600.1～0.410～15300～800 70～120 10～100中間層200～4000.1～0.430～600.1～0.410～15400～100070～120 20～100蓋面 160～3500.1～0.430～600.1～0.410～15300～800 70～120 20～100上述數(shù)值中電流單位為安，時(shí)間單位為秒，電壓?jiǎn)挝粸榉徒z速度單位為mm/min，焊接速度單位為mm/min；焊絲直徑為0.8mm～1.2mm；V、焊接過(guò)程保護(hù)氣氛的選擇鈦合金窄間隙焊接過(guò)程中采用高純氬氣保護(hù)實(shí)現(xiàn)焊接，保護(hù)氣流量可根據(jù)具體焊接保護(hù)需要進(jìn)行調(diào)整；VI、焊接過(guò)程的應(yīng)力消除由于是多層多道焊接，每焊接1～3層后需要進(jìn)行去應(yīng)力處理，可采用超聲沖擊設(shè)備進(jìn)行沖擊消應(yīng)處理，消應(yīng)處理時(shí)設(shè)備輸出電流值在1.5～2.5A。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接工藝，該焊接工藝包含焊接過(guò)程采用的焊槍形式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊接過(guò)程參數(shù)選擇、焊接過(guò)程保護(hù)氣氛的選擇、焊接應(yīng)力的消除六項(xiàng)內(nèi)容。本發(fā)明的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了鈦合金大厚板的窄間隙焊接，焊接過(guò)程穩(wěn)定，可獲得無(wú)缺陷的、性能合格的、蓋面層焊縫寬度在10mm～16mm的焊縫，解決了鈦合金大厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鈦合金厚板窄間隙TIG自動(dòng)焊接，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、接頭的殘余應(yīng)力和殘余變形小、焊縫組織相對(duì)細(xì)小、接頭力學(xué)性能好。
文檔編號(hào)B23K9/28GK101293303SQ200810050058
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者劉希林, 張建欣 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所