CN110695557A - 一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙tig焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,用于对焊接厚度在180~300mm的钛合金构件进行焊接,其焊接坡口由I型电子束焊缝和U型窄间隙坡口构成,I型电子束焊缝的厚度小于180mm,U型窄间隙坡口位于I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧或两侧,且分别位于I型电子束焊缝两侧的U型窄间隙坡口的厚度相同,U型窄间隙坡口远离I型电子束焊缝一端的开口宽度大于其靠近I型电子束焊缝一端的开口宽度,使U型窄间隙坡口的两个相对的侧壁与I型电子束焊缝所在的平面之间均具有5~10°的夹角,且两侧的夹角大小相等,就能通过电子束焊接和窄间隙TIG焊接方法配合实现超大厚度钛合金构件的焊接,并且避免未熔合缺陷,保证焊接质量。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金焊接领域,尤其涉及一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法。
背景技术
钛合金具有良好的耐蚀性、透声性和高的比强度等优点,被称为“海洋合金”。随着海洋装备的快速发展,钛合金在船舶领域、深海装备等方面的应用需求越来越大。同时,厚板钛合金的应用也越来越广泛,已经出现焊接厚度在200~300mm的超大厚度钛合金构件。目前针对钛合金焊接,常用的焊接方法包括电子束焊接和窄间隙TIG焊接,电子束焊接的焊接厚度最大无法超过180mm,且电子束焊接需要在真空室内进行,大型钛合金构件由于受尺寸限制无法进行电子束焊接;相比普通TIG焊接,窄间隙TIG焊接在焊接过程中填充量小、焊接变形和接头残余应力小、接头力学性能好,但在超大厚度钛合金构件的焊接过程中,窄间隙TIG焊接存在焊接效率低、应力过大等不足,因此现有的电子束焊接和窄间隙TIG焊接均无法满足超大厚度钛合金构件的焊接要求。针对于焊接厚度较大的问题,发明专利CN105345231A中提供了一种大厚度马氏体耐热钢隔板电子束复合窄间隙MAG焊接方法,但其所采用的MAG焊接无法应用于钛合金构件,并且其中的窄间隙深U型MAG焊接坡口会造成金属溶液在坡口侧壁垂直过渡,因此容易出现未熔合问题,同样无法满足超大厚度钛合金构件的焊接要求。
发明内容
为解决现有技术中超大厚度钛合金构件难以进行焊接的问题,本发明提供了一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,用于对焊接厚度在180~300mm的钛合金构件进行焊接,包括以下步骤:
步骤一、在钛合金构件上加工焊接坡口,焊接坡口由I型电子束焊缝和U型窄间隙坡口构成,I型电子束焊缝的厚度小于180mm,U型窄间隙坡口位于I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧或两侧,且分别位于I型电子束焊缝两侧的U型窄间隙坡口的厚度相同,U型窄间隙坡口远离I型电子束焊缝一端的开口宽度大于其靠近I型电子束焊缝一端的开口宽度,使U型窄间隙坡口的两个相对的侧壁与I型电子束焊缝所在的平面之间均具有5~10°的夹角,且两侧的夹角大小相等;
步骤二、对步骤一加工成的焊接坡口进行清理后,将钛合金构件置于工作台上对接装配,并进行预定位;
步骤三、对I型电子束焊缝进行焊接,控制电子束焊接参数为:加速电压150kV,聚焦电流1800~2500mA,束流150~280mA,焊接速度1.5~4.5mm/s;
步骤四、电子束焊接完成后,对U型窄间隙坡口进行TIG焊接,控制窄间隙TIG焊接参数为:焊接电流180~270A、送丝速度1.0~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min;
步骤五、对焊缝外侧进行TIG盖面焊接,控制盖面焊接参数为:焊接电流250~280A、送丝速度1.5~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min,即完成钛合金构件的焊接。
优选的,步骤一中,当焊接厚度在180~240mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧加工U型窄间隙坡口;当焊接厚度在240~300mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的两侧加工U型窄间隙坡口。
优选的,步骤二中,对焊接坡口的表面以及边缘25mm内的钛合金构件进行机械打磨,然后采用丙酮、酒精溶剂超声波清洗去除油污。
优选的,步骤二中,采用手工TIG焊接对钛合金构件进行点焊预定位。
根据上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明与现有的电子束焊接方法相比,使焊接厚度能够增加至300mm,远大于目前电子束焊接钛合金的时最大180mm的厚度,同时有效避免电子束焊接过程中可能出现的钉尖缺陷;与现有的窄间隙TIG焊接方法相比,能够大幅提高焊接效率,同时可以减少填充量,降低应力,实现钛合金构件的高效高质量焊接;与现有技术中的一种大厚度马氏体耐热钢隔板电子束复合窄间隙MAG焊接方法相比,本发明采用了适用于钛合金构件的TIG焊接方法,并且使U型窄间隙坡口的两个相对的侧壁与I型电子束焊缝所在的平面之间均具有5~10°的夹角,通过该夹角的设置,使金属溶液在U型坡口侧壁相对于电子束焊缝能够倾斜过渡,有效避免坡口侧壁出现未熔合缺陷,提高焊接质量,保证焊接超声探伤能够达到NB47013 Ⅰ级标准要求,就能够满足超大厚度钛合金构件的焊接要求。
附图说明
图1为实施例一中的焊接坡口示意图;
图2为实施例二中的焊接坡口示意图。
具体实施方式
一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,用于对焊接厚度在180~300mm的钛合金构件进行焊接,包括以下步骤:
步骤一、在钛合金构件上加工焊接坡口,焊接坡口由I型电子束焊缝和U型窄间隙坡口构成,I型电子束焊缝的厚度小于180mm,U型窄间隙坡口位于I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧或两侧,当焊接厚度在180~240mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧加工U型窄间隙坡口,当焊接厚度在240~300mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的两侧加工U型窄间隙坡口,且分别位于I型电子束焊缝两侧的U型窄间隙坡口的厚度相同,U型窄间隙坡口远离I型电子束焊缝一端的开口宽度大于其靠近I型电子束焊缝一端的开口宽度,使U型窄间隙坡口的两个相对的侧壁与I型电子束焊缝所在的平面之间均具有5~10°的夹角,且两侧的夹角大小相等。
步骤二、对步骤一加工成的焊接坡口进行清理,具体为先对焊接坡口的表面以及边缘25mm内的钛合金构件进行机械打磨,然后采用丙酮、酒精溶剂超声波清洗去除油污,清理完成后放置时间不超过4小时;然后将钛合金构件置于工作台上对接装配,并采用手工TIG焊接对钛合金构件进行点焊预定位。
步骤三、对I型电子束焊缝进行焊接,控制电子束焊接参数为:加速电压150kV,聚焦电流1800~2500mA,束流150~280mA,焊接速度1.5~4.5mm/s。
步骤四、电子束焊接完成后,对U型窄间隙坡口进行TIG焊接,控制窄间隙TIG焊接参数为:焊接电流180~270A、送丝速度1.0~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min。
步骤五、对焊缝外侧进行TIG盖面焊接,控制盖面焊接参数为:焊接电流250~280A、送丝速度1.5~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min,即完成钛合金构件的焊接。
实施例一,被焊材料为Ti80钛合金板材,规格800×400×180mm,两块板材沿400mm边对接焊。板材化学成分(质量分数,%)为Al:5.5~6.5、Nb:2.5~3.5、Zr:1.5~2.5、Mo:0.6~1.5、Fe:0.25、Si:0.15、C:0.10、N:0.05、H:0.015、O:0.15、Ti:余量。
参见图1,将厚度为180mm的钛合金对接试板加工成I型和U型复合坡口,I型电子束焊缝的厚度为110mm,U型窄间隙坡口位于I型电子束焊缝的一侧,U型窄间隙坡口的两侧壁与I型电子束焊缝所在平面之间的夹角为7.5°,在焊接前,将坡口加工后的大厚度钛合金表面及边缘25mm内的母材进行机械打磨,然后用丙酮、酒精溶剂超声波清洗去除油污,干燥待用,打磨处理后存放时间不超过4h,超过4h需重新清理;将试板放置于工作平台上采用夹具进行装配,采用手工TIG焊进行点焊定位,然后进行焊接:
电子束焊接的部分,控制电子束焊接参数:加速电压150kV,聚焦电流2250mA,束流225mA,焊接速度3mm/s;
窄间隙TIG焊接的部分,控制窄间隙TIG焊接参数:焊接电流220A、送丝速度1.5m/min、焊接速度16cm/min、焊接电压12V、保护气流量18L/min;
最后进行TIG盖面焊接,控制盖面焊接参数:焊接电流230A、送丝速度1.6m/min、焊接速度14cm/min、焊接电压12V、保护气流量20L/min,就能将厚度为180mm的钛合金对接试板焊接为一体,利用超声探伤对按上述步骤完成的厚度为180mm的焊缝进行检测,焊缝质量均满足NB47013 Ⅰ级标准要求,并且U型窄间隙坡口的侧壁没有出现未熔合缺陷。
实施例二,被焊材料为Ti80钛合金板材,规格1000×400×300mm,两块板材沿400mm边对接焊。板材化学成分(质量分数,%)为Al:5.5~6.5、Nb:2.5~3.5、Zr:1.5~2.5、Mo:0.6~1.5、Fe:0.25、Si:0.15、C:0.10、N:0.05、H:0.015、O:0.15、Ti:余量。
参见图2,将厚度为300mm的钛合金对接试板加工成I型和U型复合坡口,I型电子束焊缝的厚度为170mm,U型窄间隙坡口对称分布于I型电子束焊缝的两侧,U型窄间隙坡口的两侧壁与I型电子束焊缝所在平面之间的夹角为6.5°,在焊接前,将坡口加工后的大厚度钛合金表面及边缘25mm内的母材进行机械打磨,然后用丙酮、酒精溶剂超声波清洗去除油污,干燥待用,打磨处理后存放时间不超过4h,超过4h需重新清理;将试板放置于工作平台上采用夹具进行装配,采用手工TIG焊进行点焊定位,然后进行焊接:
电子束焊接的部分,控制电子束焊接参数:加速电压150kV,聚焦电流2250mA,束流225mA,焊接速度3mm/s;
窄间隙TIG焊接的部分,控制窄间隙TIG焊接参数:焊接电流220A、送丝速度1.5m/min、焊接速度16cm/min、焊接电压12V、保护气流量18L/min;
最后进行TIG盖面焊接,控制盖面焊接参数:焊接电流230A、送丝速度1.6m/min、焊接速度14cm/min、焊接电压12V、保护气流量20L/min,就能将厚度为300mm的钛合金对接试板焊接为一体,利用超声探伤对按上述步骤完成的厚度为300mm的焊缝进行检测,焊缝质量均满足NB47013 Ⅰ级标准要求,并且U型窄间隙坡口的侧壁没有出现未熔合缺陷。
Claims (4)
1.一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,用于对焊接厚度在180~300mm的钛合金构件进行焊接,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、在钛合金构件上加工焊接坡口,焊接坡口由I型电子束焊缝和U型窄间隙坡口构成,I型电子束焊缝的厚度小于180mm,U型窄间隙坡口位于I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧或两侧,且分别位于I型电子束焊缝两侧的U型窄间隙坡口的厚度相同,U型窄间隙坡口远离I型电子束焊缝一端的开口宽度大于其靠近I型电子束焊缝一端的开口宽度,使U型窄间隙坡口的两个相对的侧壁与I型电子束焊缝所在的平面之间均具有5~10°的夹角,且两侧的夹角大小相等;
步骤二、对步骤一加工成的焊接坡口进行清理后,将钛合金构件置于工作台上对接装配,并进行预定位;
步骤三、对I型电子束焊缝进行焊接,控制电子束焊接参数为:加速电压150kV,聚焦电流1800~2500mA,束流150~280mA,焊接速度1.5~4.5mm/s;
步骤四、电子束焊接完成后,对U型窄间隙坡口进行TIG焊接,控制窄间隙TIG焊接参数为:焊接电流180~270A、送丝速度1.0~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min;
步骤五、对焊缝外侧进行TIG盖面焊接,控制盖面焊接参数为:焊接电流250~280A、送丝速度1.5~2.5m/min、焊接速度12~20cm/min、焊接电压10~15V、保护气流量11~25L/min,即完成钛合金构件的焊接。
2.根据权利要求1所述的一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,其特征在于:步骤一中,当焊接厚度在180~240mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的一侧加工U型窄间隙坡口;当焊接厚度在240~300mm时,在I型电子束焊缝沿厚度方向的两侧加工U型窄间隙坡口。
3.根据权利要求1所述的一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,其特征在于:步骤二中,对焊接坡口的表面以及边缘25mm内的钛合金构件进行机械打磨,然后采用丙酮、酒精溶剂超声波清洗去除油污。
4.根据权利要求1所述的一种超大厚度钛合金构件的电子束复合窄间隙TIG焊接方法,其特征在于:步骤二中,采用手工TIG焊接对钛合金构件进行点焊预定位。
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