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
技術領域：
本發明屬于焊接技術領域，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：
作為第三金屬的鈦及其合金由于具有比強度高、熱強性好、耐腐蝕以及生物相容性好等優點，正在成為理想的金屬結構材料，目前已被廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、 生物醫學等領域，其連接技術也成為工程領域的重要課題。針對厚板鈦合金連接過程遇到的問題，研究學者提出了眾多解決方案，但是核心問題仍是側壁熔合質量。目前它的可焊方法有鎢電極氬弧焊(TIG)、熔化極氣體保護焊、電子束焊、等離子弧焊和激光焊。而隨著現代工業生產和國防裝備中焊接結構的日益大型化，厚板的應用越來越廣泛，以上的焊接方法存在焊接效率低、焊接變形及殘余應力大。1963年美國科學家研究所開發了一種窄間隙焊接方法，這種方法最大的特點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成本。窄間隙焊接技術在保留現有焊接方法優點的同時，比較理想的解決了傳統焊接方法的效率問題。日本焊接界認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就是側壁熔合質量。目前提出的解決方法有波浪式焊絲窄間隙焊、旋轉電弧窄間隙焊、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壁熔合問題，并且受鎢電極載流能力的影響焊道次數多，焊接熱影響區寬，焊接效率低下。厚板鈦合金常規焊接時坡口面積大，填充金屬多，焊后殘余應力及變形大，焊接效率低。極大地限制了厚板鈦合金的適用范圍及TIG焊接的應用。
發明內容
針對上述問題的存在，本發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焊接工藝技術難題，實現鈦合金厚板窄間隙TIG自動焊接，使焊道次數少、熱影響區窄、焊接效率高，并且焊接接頭的殘余應力和殘余變形小，焊接組織細小，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，因而被作為一種經濟的、能夠得到優良力學性能和變形較小的優質焊接方法，廣泛應用于各種大型重要結構。而被采用的窄間隙焊接方法中非熔化極氣體保護焊(TIG)在電弧燃燒過程中，電極不熔化，故易維持穩定的電弧長度，鎢電極與母材間產生的電弧在惰性氣氛中極為穩定。使用TIG焊能夠實現高品質的焊接，得到優良的焊縫。為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案
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、焊接工程參數選擇、焊接過程保護氣氛的選擇，
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 250-1200A,
為防止高電流造成鎢電極熔合而影響焊接質量，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壁熔合問題，在沿著焊縫方向、鎢電極兩側固定上線圈及鐵芯，期間通以相互反向的交變電流，從而產生周期變化的磁場，磁場大小為0-15mT， 磁場頻率為0-100HZ，導致焊接過程中電弧周期偏轉，解決了窄間隙中的側壁熔合問題，磁場的引入不僅使得電弧發生偏轉，還解決了側壁熔合問題，穿過熔池的磁場還能夠細化焊縫組織，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型坡口參數設計為鈍邊尺寸為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，預變形角度為5_20度； 焊前裝卡形式在使用U型坡口時，焊前需要進行預變形并進行焊前及焊中裝卡，預變形使得張角擴大至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選擇焊接過程參數包含電流電壓參數選擇，送絲機焊接速度的參數選擇，以及磁場強度及頻率的參數選擇，具體參數如下
權利要求
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、焊接工程參數選擇、焊接過程保護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型坡口參數設計為鈍邊尺寸為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， 預變形角度為5-20度；其中的焊接工程參數選擇焊接過程參數包含電流電壓參數選擇，送絲機焊接速度的參數選擇，以及磁場強度及頻率的參數選擇，具體參數如下
2.根據權利要求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型坡口焊前需要進行預變形并進行焊前及焊中裝卡，預變形使得張角擴大至5-20°，裝配間隙不大于3mm。
3.根據權利要求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.根據權利要求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、鎢電極兩側固定上線圈及鐵芯，期間通以相互反向的交變電流，從而產生周期變化的磁場，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。
全文摘要
本發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、焊接工程參數選擇、焊接過程保護氣氛的選擇六項內容。本發明的焊接工藝解決了厚板鈦合金窄間隙自動TIG焊接工藝技術難題，實現鈦合金厚板窄間隙TIG自動焊接，具有焊道次數少、熱影響區窄、焊接效率高的特點。并且焊接接頭的殘余應力和殘余變形小，焊接組織細小，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 優先權日2012年2月25日
發明者馮吉才, 姜云祿, 孫清潔, 胡海峰, 蔡春偉, 袁新, 黃海艇 申請人:哈爾濱工業大學(威海)