CN107838538A - 一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法 - Google Patents

一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，可用于对材料为TA2、TC4，壁厚3～16mm，管径108mm以上的钛合金管道进行焊接。当壁厚在3～9mm时可以采用小孔型工艺一次焊接成形，当壁厚在9～16mm时需对管道开坡处理并采用小孔型工艺进行打底层焊接后再使用熔入型工艺填丝焊接进行填充焊和盖面焊。包括如下步骤：S1：对所述管道进行焊前处理；S2：装夹所述管道；S3：设定焊接参数；S4：开始焊接。本发明提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法降低了对坡口的要求，焊接时间短，生产效率高，大大降低生产成本，同时获得综合性能优异的钛合金管道环焊缝。

Description

一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法
技术领域
本发明涉及焊接领域，具体而言，涉及一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法。
背景技术
在钛合金管道焊接施工中，目前主要采用钨极氩弧焊的方法。焊接高中厚壁钛合金管道时，钨极氩弧焊会要求采用窄间隙焊接的方式；坡口型式需采用U型坡口，增加了焊接施工程序，生产效率低，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，以改善现有焊接方法生产成本高且生产效率低的问题。
本发明是这样实现的：
基于上述的目的，本发明提供了一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，用于对材料为TA2、TC4，壁厚9毫米至16毫米，管径108毫米以上的钛合金管道进行焊接，包括如下步骤：
S1：对所述管道进行焊前处理，且需要对所述管道进行开坡处理；
S2：装夹所述管道；
S3：设定焊接参数；
S4：开始焊接。
基于上述的目的，本发明还提供了一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，用于对材料为TA2、TC4，壁厚3毫米至9毫米，管径108毫米以上的钛合金管道进行焊接，包括如下步骤：
S1：对所述管道进行焊前处理；
S2：装夹所述管道；
S3：设定焊接参数；
S4：开始焊接。
与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：
本发明提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法降低了对坡口的要求，焊接时间短，生产效率高，大大降低生产成本，同时获得综合性能优异的钛合金管道环焊缝。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要实用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例1提供的方法步骤图；
图2示出了本发明实施例1提供的管道位置的示意图；
图3示出了本发明实施例1提供的参数示意图；
图4示出了本发明实施例2提供的方法步骤图；
图5示出了本发明实施例2提供的管道位置的示意图。
图中：101-管道；102-坡口。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
参照图1至图3，本实施例提供一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，用于对材料为TA2、TC4，壁厚9毫米至16毫米，管径108毫米以上的钛合金管道101进行焊接，包括如下步骤：
S1：对所述管道101进行焊前处理，且需要对所述管道进行开坡处理；
S2：装夹所述管道101；
S3：设定焊接参数；
S3：开始焊接。
本发明提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法降低了对坡口102的要求，焊接时间短，生产效率高，大大降低生产成本，同时获得综合性能优异的钛合金管道101环焊缝，可代替钛合金中厚壁管道的全位置钨极氩弧焊，应用前景广泛。
所述焊前处理包括打磨、清洗和擦拭，打磨的径向长度为30毫米至50毫米，且所述管道101的端口也需要打磨，然后对打磨过的部位进行清洗，清洗后的所述管道101用丙酮擦拭。
打磨时需将所述管道101打磨至出现金属光泽。
所述焊接参数包括：
内窥背面成型保护系统参数：设置内窥气体保护装置旋转运动速度与气体保护流量，在焊接时与等离子焊枪同步运动，对焊缝背面成形进行气体保护。由内窥摄像装置定位于焊缝，气体通过管道101进入背部气体拖罩，焊接过程中该装置可以和等离子弧焊枪头同步运动，以方便对焊缝的实时保护。
焊枪摆动装置参数：设置焊枪摆角参数，可以在焊接时可以随时根据需要改变焊枪与管道101切平面的角度。从而解决电弧角的问题。
电弧AVC跟踪系统参数：设置在焊接过程中对电弧高度进行反馈调节参数，维持电弧稳定，以提高焊接过程的稳定性。
焊接保护拖罩：设置拖罩内保护气体流量，在焊接过程中可以保护处于高温状态的焊接接头，以防止高温状态下钛暴露在空气中被氧化。
送丝装置：设置独立送丝机构的送丝参数，可实现在焊接过程中有无填丝两种模式下的焊接。
电弧摆动幅值：设置电弧摆动角度可在填丝焊的过程中使液态金属均匀的展开，以填充到整个焊口，使焊缝成形良好。
在安装所述管道101时，需要焊接的两个所述管道101之间的距离b＜0.5毫米。
所述钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法包括打底焊、填充焊和盖面焊，
所述打底焊或小孔型工艺包括十二个区间(焊接起始位置设定为0°)，分别为：
第一区间设定范围为：0°～30°；
第二区间设定范围为：2°～50°；
第三区间设定范围为：20°～70°；
第四区间设定范围为：40°～150°；
第五区间设定范围为：60°～210°；
第六区间设定范围为：90°～310°；
第七区间设定范围为：100°～345°；
第八区间设定范围为：120°～370°；
第九区间设定范围为：150°～370°；
第十区间设定范围为：180°～370°；
第十一区间设定范围为：270°～370°；
第十二区间设定范围为：300°～370°；
所述填充焊和所述盖面焊包括六个区间(焊接起始位置设定为0°)，分别为：
第一区间设定范围为：0°～50°；
第二区间设定范围为：30°～130°；
第三区间设定范围为：90°～190°；
第四区间设定范围为：120°～280°；
第五区间设定范围为：150°～310°；
第六区间设定范围为：180°～370°；
在焊接开始前，需要根据所述管道101的材料物理特性以及电弧特性选定焊接方式和焊接区间。
所述打底焊或小孔型工艺需要设定的参数包括焊接起始位置、焊枪倾角、脉冲基值电流、峰值电流、平流电流、脉冲频率、离子气流量、占空比、保护气体流量、拖罩气流量、背保护气流量和焊接速度，所述焊接起始位置∣α∣＜90°，所述焊枪倾角∣β∣＜15°，所述脉冲基值电流40～210A，所述峰值电流150～420A，所述平流电流135～420A，所述脉冲频率1～100Hz，所述离子气流量1～10L/min，所述占空比10～90％，所述保护气体流量10～35L/min，所述拖罩气流量25～95L/min，所述背保护气流量25～85L/min，所述焊接速度70～300mm/min。
所述填充焊和盖面焊需要设定的参数包括焊接起始位置、焊枪倾角、填充丝位置、脉冲基值电流、峰值电流、平流电流、脉冲频率、保护气体流量、占空比、离子气流量、拖罩气流量、背保护气流量、送丝速度、焊丝直径、焊枪摆动幅度和焊接速度，所述焊接起始位置∣α∣＜90°；所述焊枪倾角∣β∣＜15°；所述填充丝位置45°＜∣γ∣＜75°；所述脉冲基值电流40～110A，所述峰值电流80～420A，所述平流电流135～420A，所述脉冲频率1～100Hz，所述保护气体流量1～25L/min，所述占空比10～90％，所述离子气流量1～10L/min，所述拖罩气流量25～95L/min，所述背保护气流量10～35L/min，所述送丝速度0～4000mm/min，所述焊丝直径为0.8～1.4mm，所述焊枪摆动幅度为：-25mm～+25mm，所述焊接速度70～300mm/min。
所述钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法还包括预实验，所述预实验用于测定穿孔型等离子弧的最低穿孔电压。
本实施例提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法的具体操作如下：
S1：首先需要在管道101对应的位置加工出坡口102，然后对管道101进行打磨、清洗和擦拭处理，打磨须让焊口完全露出金属光泽，打磨范围为内外壁轴向长度30～50mm以及管道101端口以保证管道101在焊接过程中不会因为表面氧化层的残留出现夹杂等焊接缺陷；然后对管道101进行清洗，清洗后，多次用丙酮进行清洗擦拭，清洗擦拭后禁止用手触碰待焊区域。
S2：装夹管道101，对管道101在装夹过程中需要保证两管道101待焊端面具有一定的平行间隙，该平行间隙b必须小于0.5mm。间隙过大，管道101端面无法接触，等离子弧会越过管道101，无法融化母材，并保证接头的同轴度、机械性能和焊缝成形的对称性。
S3：在焊接开始前，必须进行焊接工艺参数的设定，把焊接参数按使用顺序录入连续的程序中，以保证焊接过程的完整性。在工艺参数设定时，应根据管道101不同位置设定不同的程序参数。在设定焊接工艺参数前，需要先进行预试验，测定穿孔型等离子弧的最低穿孔电压。钨极直径的大小可以改变电弧的粗细，喷嘴孔径和钨极内缩量会影响电弧的穿孔电流，在一次试验中，这三个参数不可以改变，需要在焊前选定合适的搭配。
其中，本实施例提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法需要设定的主要参数有维持熔池的基值电流和用于穿孔的峰值电流，脉冲频率是影响焊缝正面成形的重要参数，以及决定峰值电流与基值电流在一个周期里关系的占空比，以及保护气体流量。这五个参数时对穿孔效果有重要作用，当峰值电流在母材上形成小孔时，液态金属被等离子弧焊气体挤出小孔；电流到基值电流时，液态金属流入小孔凝固形成焊缝。形成的焊缝温度过高，需要用拖罩对高温状态下的焊接接头进行保护，防止其被氧化。焊接速度一般会根据焊接电流进行选择，防止出现驼峰等焊接缺陷。
S4：需要根据所述管道101的材料物理特性以及电弧特性选定焊接方式和焊接区间，开始焊接，焊接前再次用丙酮对管道101进行清洗擦拭，开启全位置等离子焊接设备进行分区间焊接，焊接过程会以预先设定的程序的顺序进行试验。
发明人利用本实施例提供的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法进行了一系列的实验，实验数据如下：
工艺规范为：焊前将待焊管道101的一端表面打磨出金属光泽，打磨范围为管道101轴向内外壁30～50mm以及管道101端口。装夹后两管道101待焊端面间隙b＜0.5mm。其它工艺条件分别如下表所示：
上述方法焊接成形的管道101接头拉伸强度高于母材，且延性断裂于母材，接头侧弯180°无裂纹，焊接质量良好，达到JB/T4745-2002《钛制焊接容器》标准规定。
实施例2
参照图4和图5，本实施例也提供了一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，本实施例是在实施例1的技术方案的基础上的进一步变化，实施例1描述的技术方案同样适用于本实施例，实施例1已公开的技术方案不再重复描述。
具体的，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供的一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法针对壁厚3毫米至9毫米的管道101进行焊接，在本实施例中，在对管道101进行焊接时可以采用小孔型工艺一次焊接成形。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，用于对材料为TA2、TC4，壁厚9毫米至16毫米，管径108毫米以上的钛合金管道进行焊接，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对所述管道进行焊前处理，且需要对所述管道进行开坡处理；
S2：装夹所述管道；
S3：设定焊接参数；
S4：开始焊接。
2.根据权利要求1所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述焊前处理包括打磨、清洗和擦拭，打磨的径向长度为30毫米至50毫米，且所述管道的端口也需要打磨，然后对打磨过的部位进行清洗，清洗后的所述管道用丙酮擦拭。
3.根据权利要求2所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，打磨时需将所述管道打磨至出现金属光泽。
4.根据权利要求1所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述焊接参数包括：
内窥背面成型保护系统参数：设置内窥气体保护装置旋转运动速度与气体保护流量，在焊接时与等离子焊枪同步运动，对焊缝背面成形进行气体保护；
焊枪摆动装置参数：设置焊枪摆角参数，可以在焊接时可以随时根据需要改变焊枪与管道切平面的角度；
电弧AVC跟踪系统参数：设置在焊接过程中对电弧高度进行反馈调节参数，维持电弧稳定；
焊接保护拖罩：设置拖罩内保护气体流量，在焊接过程中可以保护处于高温状态的焊接接头；
送丝装置：设置独立送丝机构的送丝参数，可实现在焊接过程中有无填丝两种模式下的焊接；
电弧摆动幅值：设置电弧摆动角度可在填丝焊的过程中使液态金属均匀的展开，以填充到整个焊口，使焊缝成形良好。
5.根据权利要求1所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，在安装所述管道时，需要焊接的两个所述管道之间的距离b＜0.5毫米。
6.根据权利要求1所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法包括打底焊、填充焊和盖面焊。
所述打底焊或小孔型工艺包括十二个区间(焊接起始位置设定为0°)，分别为：
第一区间设定范围为：0°～30°；
第二区间设定范围为：2°～50°；
第三区间设定范围为：20°～70°；
第四区间设定范围为：40°～150°；
第五区间设定范围为：60°～210°；
第六区间设定范围为：90°～310°；
第七区间设定范围为：100°～345°；
第八区间设定范围为：120°～370°；
第九区间设定范围为：150°～370°；
第十区间设定范围为：180°～370°；
第十一区间设定范围为：270°～370°；
第十二区间设定范围为：300°～370°；
所述填充焊和所述盖面焊包括六个区间(焊接起始位置设定为0°)，分别为：
第一区间设定范围为：0°～50°；
第二区间设定范围为：30°～130°；
第三区间设定范围为：90°～190°；
第四区间设定范围为：120°～280°；
第五区间设定范围为：150°～310°；
第六区间设定范围为：180°～370°；
在焊接开始前，需要根据所述管道的材料物理特性以及电弧特性选定焊接方式和焊接区间。
7.根据权利要求6所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述打底焊或小孔型工艺需要设定的参数包括焊接起始位置、焊枪倾角、脉冲基值电流、峰值电流、平流电流、脉冲频率、离子气流量、占空比、保护气体流量、拖罩气流量、背保护气流量和焊接速度，所述焊接起始位置∣α∣＜90°；所述焊枪倾角∣β∣＜15°；所述脉冲基值电流40～210A，所述峰值电流150～420A，所述平流电流135～420A，所述脉冲频率1～100Hz，所述离子气流量1～10L/min，所述占空比10～90％，所述保护气体流量10～35L/min，所述拖罩气流量25～95L/min，所述背保护气流量25～85L/min，所述焊接速度70～300mm/min。
8.根据权利要求6所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述填充焊和盖面焊需要设定的参数包括焊接起始位置、焊枪倾角、填充丝位置、脉冲基值电流、峰值电流、平流电流、脉冲频率、保护气体流量、占空比、离子气流量、拖罩气流量、背保护气流量、送丝速度、焊丝直径、焊枪摆动幅度和焊接速度，所述焊接起始位置∣α∣＜90°；所述焊枪倾角∣β∣＜15°；所述填充丝位置45°＜∣γ∣＜75°；所述脉冲基值电流40～110A，所述峰值电流80～420A，所述平流电流135～420A，所述脉冲频率1～100Hz，所述保护气体流量1～25L/min，所述占空比10～90％，所述离子气流量1～10L/min，所述拖罩气流量25～95L/min，所述背保护气流量10～35L/min，所述送丝速度0～4000mm/min，所述焊丝直径为0.8～1.4mm，所述焊枪摆动幅度为：-25mm～+25mm，所述焊接速度70～300mm/min。
9.根据权利要求1所述的钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，其特征在于，所述钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法还包括预实验，所述预实验用于测定穿孔型等离子弧的最低穿孔电压。
10.一种钛合金管道全位置等离子焊接工艺方法，用于对材料为TA2、TC4，壁厚3毫米至9毫米，管径108毫米以上的钛合金管道进行焊接，所述管道运用小孔型工艺一次焊接成形，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对所述管道进行焊前处理；
S2：装夹所述管道；
S3：设定焊接参数；
S4102：开始焊接。
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