一種鈦合金焊接活性劑及焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，用于鈦及鈦合金材料的焊接。
【背景技術(shù)】
[0002]氬弧焊時(shí)加氧化物、氯化物、氟化物等活性劑氬弧焊(Α-TIG焊)不僅氣孔明顯減少，而且熔深可成倍增加，焊接接頭力學(xué)性能也有所改善。由于焊接熱輸入可大大降低，因此會(huì)改善焊接接頭組織和減少應(yīng)力變形。
[0003]普通鎢極氬弧焊(TIG焊)和A-TIG焊對焊接熔池中液態(tài)金屬表面張力和熔池液態(tài)金屬流動(dòng)方向的影響如圖1所示。TIG焊接熔池液態(tài)金屬隨溫度的升高表面張力下降(圖1左上所示)，因?yàn)楹附尤鄢刂行臏囟雀哂谌鄢剡吘墱囟?，因此焊接過程中熔池中心液態(tài)金屬會(huì)向熔池邊緣流動(dòng)(圖1左中、左下所示)，焊接能量和熱量向熔池寬度方向擴(kuò)散，焊接熔深小。A-TIG焊由于加入焊接活性劑的作用，焊接熔池液態(tài)金屬隨溫度的升高表面張力會(huì)增加，與TIG焊相反(圖1右上所示)，因此焊接熔池中的液態(tài)金屬會(huì)從熔池邊緣向熔池中心流動(dòng)(圖1右中、右下所示)，令焊接能量和熱量向熔池深度方向擴(kuò)展，焊接熔深明顯增加。金屬材料平面TIG和A-TIG焊接的熔深受以上規(guī)律影響。
[0004]目前，市場上銷售的鈦合金焊接活性劑存在產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，活性劑涂敷層在焊接過程中容易發(fā)生脫落，焊接完成后的活性劑渣殼不易清理，焊縫成形不良等問題，一定程度上制約了鈦合金活性劑焊接工藝的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的解決的技術(shù)問題是:設(shè)計(jì)一種新型鈦合金焊接活性劑，達(dá)到增加鈦合金鎢極氬弧焊焊接熔深，增加焊接接頭深寬比，提高焊接效率，減少焊接氣孔等焊接缺陷的目的。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種鈦合金焊接活性劑，包括CaF2、MgF2及SrF2，其中CaF2的質(zhì)量含量為15%?25% ；MgF2的質(zhì)量含量為5%?15% ;其余成分為SrF2。
[0007]所述CaF2的質(zhì)量含量為18%?22% ;
[0008]所述MgF2的質(zhì)量含量為8%?12%。
[0009]一種采用權(quán)利要求1所述的鈦合金焊接活性劑進(jìn)行焊接的方法，包括以下步驟:
[0010](I)制備鈦合金焊接試片；
[0011](2)對制備好的鈦合金焊接試片酸洗，首先用除油劑對鈦合金焊接試片進(jìn)行除油，隨后配置酸洗液，將鈦合金焊接試片待焊部位酸洗干凈，最后用干凈紗布和吹風(fēng)機(jī)，將鈦合金焊接試片擦干并烘干；
[0012](3)將酸洗好的兩塊鈦合金焊接試片對齊，進(jìn)行焊接裝配，在焊接部位的表面涂敷鈦合金焊接活性劑；
[0013](4)采用鎢極氬弧焊接進(jìn)行鈦合金焊接試片的焊接，焊接前設(shè)置焊接參數(shù)，隨后將焊槍鎢極尖端置于待焊部位正上方距離活性劑涂敷層0.8?2.5mm進(jìn)行焊接；
[0014](5)焊接完成后，將鈦合金活性劑用鋼絲刷清理干凈，調(diào)整焊接參數(shù)，進(jìn)行蓋面填絲焊接。
[0015]所述酸洗液包括氫氟酸，硝酸，蒸餾水，三者的體積比為1:5:6。
[0016]所述氬弧焊的焊接工藝參數(shù)為:峰值電流150A?230A，脈沖頻率8Hz?15Hz，占空比30%?70%，基值電流50%?80%，焊接速度200mm/min?280mm/min。
[0017]所述蓋面填絲焊接的工藝參數(shù)為:電流160A?250A，脈沖O?15Hz，占空比O?70%,基值電流O?80%，送絲速度600mm/miη?2000mm/min，焊絲直徑1.2mm?1.6謹(jǐn)，焊絲牌號TC4，焊接速度180mm/mi η?300mm/min。
[0018]所述鈦合金焊接試片的尺寸為100mm*200mm* (2.0?4.0) mm。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0020](I)本發(fā)明提供的新型鈦合金焊接活性劑，能夠達(dá)到增加鈦合金鎢極氬弧焊焊接熔深，增加焊接接頭深寬比，提高焊接效率，減少焊接氣孔等焊接缺陷，具有優(yōu)良的焊接性會(huì)K。
[0021](2)本發(fā)明的鈦合金焊接活性劑產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，活性劑涂敷層在焊接過程中不容易發(fā)生脫落，且對活性劑涂敷層厚度波動(dòng)不敏感，焊接完成后的活性劑渣殼易清理，焊縫成形良好，鈦合金活性劑焊接工藝有較好的應(yīng)用前景。
[0022](3)采用本發(fā)明的鈦合金焊接活性助劑所形成的焊縫成形良好，正面焊縫平直且與母材過渡圓滑，背面焊漏平直飽滿，同時(shí)所形成的焊接氣孔缺陷少；且可一次焊透4.0mm(含)以下厚度鈦合金，連續(xù)焊接2米不發(fā)生脫落；焊接接頭拉伸強(qiáng)度達(dá)到母材拉伸強(qiáng)度的90%以上。
【附圖說明】
[0023]圖1焊接活性劑對熔池液態(tài)金屬表面張力和流動(dòng)方向的影響；
[0024]圖2鈦合金焊接活性劑制備工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種鈦合金焊接活性劑，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。用于鈦及鈦合金材料的焊接，特別適應(yīng)于4.0mm(含)以下厚度鈦合金的焊接；鈦合金焊接活性助劑包括CaF2、MgF2及SrF2，其中CaF2的質(zhì)量含量為15%?25% ；MgF2的質(zhì)量含量為5%?15% ;其余成分為SrF2。本發(fā)明的鈦合金焊接活性助劑命名為A-TIG-T1-01。根據(jù)試驗(yàn)測試結(jié)果，當(dāng)CaF2的質(zhì)量含量為18%?22% ;所述MgF2的質(zhì)量含量為8%?12%時(shí)，焊接性能更好。
[0026]圖1給出了焊接活性劑對熔池液態(tài)金屬表面張力和流動(dòng)方向的影響；從圖中可以看出TIG焊接熔池液態(tài)金屬隨溫度的升高表面張力下降，焊接熔池中心溫度高于熔池邊緣溫度，因此焊接過程中熔池中心液態(tài)金屬會(huì)向熔池邊緣流動(dòng)，焊接能量和熱量向熔池寬度方向擴(kuò)散，焊接熔深小。A-TIG焊由于加入焊接活性劑的作用，焊接熔池液態(tài)金屬隨溫度的升高表面張力會(huì)增加，與TIG焊相反，因此焊接熔池中的液態(tài)金屬會(huì)從熔池邊緣向熔池中心流動(dòng)，令焊接能量和熱量向熔池深度方向擴(kuò)展，焊接熔深明顯增加。金屬材料平面TIG和A-TIG焊接的熔深受以上規(guī)律影響。
[0027]圖2為本發(fā)明的鈦合金活性助劑的制備過程，首先將采購的原材料按本發(fā)明給出的配方比例進(jìn)行配粉，接著用球磨工藝混粉并完成粉末顆粒細(xì)化，接著用篩網(wǎng)對粉料進(jìn)行篩選，進(jìn)行性能測試后，完成助劑的制備與性能測試。
[0028]采用本發(fā)明的鈦合金焊接活性助劑進(jìn)行焊接包括以下步驟:
[0029](I)制備鈦合金焊接試片；所述鈦合金焊接試片的尺寸為100mm*200mm*(2.0?4.0)mmo
[0030](2)對制備好的鈦合金焊接試片酸洗，首先用除油劑對鈦合金焊接試片進(jìn)行除油，隨后配置酸洗液，將鈦合金焊接試片待焊部位酸洗干凈，最后用干凈紗布和吹風(fēng)機(jī)，將鈦合金焊接試片擦干并烘干；所述酸洗液包括氫氟酸，硝酸，蒸餾水，三者的體積比為1:5:6o酸洗液也可以為其它組分，體積比也可根據(jù)需要調(diào)整。
[0031](3)在焊接部位的表面涂敷鈦合金焊接活性劑；
[0032](4)采用鎢極氬弧焊接進(jìn)行鈦合金焊接試片的焊接，焊接前設(shè)置焊接參數(shù)，隨后將焊槍鎢極尖端置于待焊部位正上方距離活性劑涂敷層0.8?2.5mm進(jìn)行焊接；氬弧焊的焊接工藝參數(shù)為:峰值電流150A?230A，脈沖頻率8Hz?15Hz，占空比30%?70%，基值電流 50 % ?80 %，焊接速度 200mm/min ?280mm/min ；
[0033](5)焊接完成后，將鈦合金活性劑用鋼絲刷清理干凈，調(diào)整焊接參數(shù)，進(jìn)行蓋面填絲焊接。蓋面填絲焊接的工藝參數(shù)為:電流160A?250A，脈沖O?15Hz，占空比O?70%，基值電流O?80%，送絲速度600mm/miη?2000mm/min，焊絲直徑1.2mm?1.6mm,焊絲牌號 TC4，焊接速度 180mm/mi η ?300mm/min。
[0034]實(shí)施例1
[0035]步驟一、加工TC4鈦合金焊接試片，試板尺寸100mm*200mm*3.0mm。
[0036]步驟二、鈦合金焊接試片酸洗。用除油劑對鈦合金焊接試片進(jìn)行除油。將氫氟酸，硝酸，蒸餾水按體積比1:5:6的比例配置成酸洗液，將鈦合金焊接試片待焊部位酸洗干凈。最后用干凈紗布和吹風(fēng)機(jī)，將鈦合金焊接試片擦干并烘干。
[0037]步驟三、將酸洗好的兩塊TC4鈦合金焊接試片沿200mm長度方向?qū)R，進(jìn)行焊接裝配。在焊接部位表面涂敷A-TIG-T1-Ol鈦合金焊接活性劑(實(shí)際成分配比CaF2:15% ；MgF2:5% ；SrF2:余量)，活性劑涂敷層厚度0.2?1.0mm。
[0038]步驟四、采用鎢極氬弧焊接進(jìn)行鈦合金試片的焊接，將焊槍鎢極尖端置