專利名稱：一種厚板鈦合金窄間隙磁控tig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，尤其涉及一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝。
背景技術(shù)：
作為第三金屬的鈦及其合金由于具有比強(qiáng)度高、熱強(qiáng)性好、耐腐蝕以及生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，正在成為理想的金屬結(jié)構(gòu)材料，目前已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、 生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，其連接技術(shù)也成為工程領(lǐng)域的重要課題。針對厚板鈦合金連接過程遇到的問題，研究學(xué)者提出了眾多解決方案，但是核心問題仍是側(cè)壁熔合質(zhì)量。目前它的可焊方法有鎢電極氬弧焊(TIG)、熔化極氣體保護(hù)焊、電子束焊、等離子弧焊和激光焊。而隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和國防裝備中焊接結(jié)構(gòu)的日益大型化，厚板的應(yīng)用越來越廣泛，以上的焊接方法存在焊接效率低、焊接變形及殘余應(yīng)力大。1963年美國科學(xué)家研究所開發(fā)了一種窄間隙焊接方法，這種方法最大的特點(diǎn)是焊接坡口間隙很小，厚板焊縫截填充面積大大減少，從而降低了工程量和生產(chǎn)成本。窄間隙焊接技術(shù)在保留現(xiàn)有焊接方法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，比較理想的解決了傳統(tǒng)焊接方法的效率問題。日本焊接界認(rèn)為窄間隙焊接和激光焊接并稱為適合于厚板焊接的兩種方法。在各種窄間隙焊接方法核心技術(shù)就是側(cè)壁熔合質(zhì)量。目前提出的解決方法有波浪式焊絲窄間隙焊、旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙焊、磁場控制擺動電弧窄間隙焊等。然而窄間隙焊接的最大問題就是側(cè)壁熔合問題，并且受鎢電極載流能力的影響焊道次數(shù)多，焊接熱影響區(qū)寬，焊接效率低下。厚板鈦合金常規(guī)焊接時(shí)坡口面積大，填充金屬多，焊后殘余應(yīng)力及變形大，焊接效率低。極大地限制了厚板鈦合金的適用范圍及TIG焊接的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題的存在，本發(fā)明提供了一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝， 該焊接工藝可以解決厚板鈦合金窄間隙自動TIG焊接工藝技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)鈦合金厚板窄間隙TIG自動焊接，使焊道次數(shù)少、熱影響區(qū)窄、焊接效率高，并且焊接接頭的殘余應(yīng)力和殘余變形小，焊接組織細(xì)小，性能高。采用窄間隙焊接形式不僅能大幅度地減少坡口截面積，大大減少焊縫金屬的填充量，因而被作為一種經(jīng)濟(jì)的、能夠得到優(yōu)良力學(xué)性能和變形較小的優(yōu)質(zhì)焊接方法，廣泛應(yīng)用于各種大型重要結(jié)構(gòu)。而被采用的窄間隙焊接方法中非熔化極氣體保護(hù)焊(TIG)在電弧燃燒過程中，電極不熔化，故易維持穩(wěn)定的電弧長度，鎢電極與母材間產(chǎn)生的電弧在惰性氣氛中極為穩(wěn)定。使用TIG焊能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)的焊接，得到優(yōu)良的焊縫。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
一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝，其特征在于包括采用的焊槍形式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊前裝卡形式、焊接工程參數(shù)選擇、焊接過程保護(hù)氣氛的選擇，
其中的焊槍形式為了增加鎢電極的載流能力，焊接中采用3-8mm直徑鎢電極，并用雙層紫銅夾持，兩層紫銅間通有循環(huán)冷卻水來冷卻鎢電極，通過這樣的方式，鎢電極的載流能力達(dá) 250-1200A,
為防止高電流造成鎢電極熔合而影響焊接質(zhì)量，鎢電極端部被磨成圓臺狀或者是梯臺
狀，
為了解決窄間隙焊接過程中的側(cè)壁熔合問題，在沿著焊縫方向、鎢電極兩側(cè)固定上線圈及鐵芯，期間通以相互反向的交變電流，從而產(chǎn)生周期變化的磁場，磁場大小為0-15mT， 磁場頻率為0-100HZ，導(dǎo)致焊接過程中電弧周期偏轉(zhuǎn)，解決了窄間隙中的側(cè)壁熔合問題，磁場的引入不僅使得電弧發(fā)生偏轉(zhuǎn)，還解決了側(cè)壁熔合問題，穿過熔池的磁場還能夠細(xì)化焊縫組織，提聞其性能；
其中的焊縫鋪展形式由于坡口窄小，焊接電流大，填充金屬量大，所以焊縫鋪展形式為單道多層焊；
其中的焊接坡口形式
焊接坡口形式分為3種，分別為U型坡口、I型坡口和雙U型坡口，
U型坡口及雙U型坡口參數(shù)設(shè)計(jì)為鈍邊尺寸為O. 8-5_，直邊長度為0-7_，過渡圓角半徑為0-6mm，坡口角度為0-10°，
I型坡口需要在焊前將墊板焊在母材上，根部間隙為8-15mm，預(yù)變形角度為5_20度； 焊前裝卡形式在使用U型坡口時(shí)，焊前需要進(jìn)行預(yù)變形并進(jìn)行焊前及焊中裝卡，預(yù)變形使得張角擴(kuò)大至5-20°，裝配間隙為0-3_，I型坡口同樣需要焊前及焊中裝卡。其中的焊接工程參數(shù)選擇焊接過程參數(shù)包含電流電壓參數(shù)選擇，送絲機(jī)焊接速度的參數(shù)選擇，以及磁場強(qiáng)度及頻率的參數(shù)選擇，具體參數(shù)如下
權(quán)利要求
1.一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝，其特征在于包括采用的焊槍形式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊接工程參數(shù)選擇、焊接過程保護(hù)氣氛的選擇其中的焊槍形式焊接中采用3-8mm直徑鎢電極，并用雙層紫銅夾持，兩層紫銅間通有循環(huán)冷卻水來冷卻鎢電極；其中的焊縫鋪展形式焊縫鋪展形式為單道多層焊；其中的焊接坡口形式焊接坡口形式分別為U型坡口、I型坡口和雙U型坡口，U型坡口及雙U型坡口參數(shù)設(shè)計(jì)為鈍邊尺寸為O. 8-5mm,直邊長度不大于7mm，過渡圓角半徑不大于 6mm，坡口角度為不大于10°，I型坡口需要在焊前將墊板焊在母材上，根部間隙為8_15mm， 預(yù)變形角度為5-20度；其中的焊接工程參數(shù)選擇焊接過程參數(shù)包含電流電壓參數(shù)選擇，送絲機(jī)焊接速度的參數(shù)選擇，以及磁場強(qiáng)度及頻率的參數(shù)選擇，具體參數(shù)如下
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝，其特征在于焊接坡口形式后對U型坡口和I型坡口焊前需要進(jìn)行預(yù)變形并進(jìn)行焊前及焊中裝卡，預(yù)變形使得張角擴(kuò)大至5-20°，裝配間隙不大于3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝，其特征在于焊槍形式中鎢電極端部被磨成圓臺狀或者是梯臺狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種厚板鈦合金窄間隙磁控TIG焊接工藝，其特征在于焊槍形式中沿著焊縫方向、鎢電極兩側(cè)固定上線圈及鐵芯，期間通以相互反向的交變電流，從而產(chǎn)生周期變化的磁場，磁場大小為0-15mT，磁場頻率為0-100HZ，使焊接過程中電弧周期偏轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種厚板鈦合金窄間隙TIG焊接工藝，該焊接工藝包括焊接過程采用的焊槍形式、焊縫鋪展形式、焊接坡口形式、焊前裝卡形式、焊接工程參數(shù)選擇、焊接過程保護(hù)氣氛的選擇六項(xiàng)內(nèi)容。本發(fā)明的焊接工藝解決了厚板鈦合金窄間隙自動TIG焊接工藝技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)鈦合金厚板窄間隙TIG自動焊接，具有焊道次數(shù)少、熱影響區(qū)窄、焊接效率高的特點(diǎn)。并且焊接接頭的殘余應(yīng)力和殘余變形小，焊接組織細(xì)小，性能高。
文檔編號B23K9/08GK102601501SQ20121008136
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月25日
發(fā)明者馮吉才, 姜云祿, 孫清潔, 胡海峰, 蔡春偉, 袁新, 黃海艇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)