CN110899937A - 一种等离子环缝焊接收孔工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，属于等离子焊接技术领域。本发明对等离子环缝焊接起始区段、焊接区段、收尾区段的焊接电流、离子气流、送丝速度进行了研究，焊接区段采用等速缓降电流，减少热输入的方法，有效解决现有电流恒定不变的规范中，末段焊缝热输入累积后造成的焊缝接头组织粗大、外观成形不良的问题，焊缝外观合格率达100%；环缝收尾区段采用焊接电流先升后降、离子气保持先维持再下降的方法，彻底解决由于环缝起弧接头焊缝高、熔不透，而导致背面成形不良、未焊透的老大难问题。焊缝X射线探伤合格率、正反面外观合格率均达100%，易于推广应用。

Description

一种等离子环缝焊接收孔工艺方法

技术领域

本发明属于等离子焊接技术领域，具体涉及一种等离子环缝焊接收孔工艺方法。

背景技术

等离子焊接是与激光焊接和电子束焊接并称的三大高能束流焊接方法之一，其以焊缝品质高、效率高、焊接变形小、技术成熟度高的特点广泛应用于各工业生产中。等离子焊接方法打底焊或是一次焊透成形工艺通常均采用“小孔法”焊接方式，保证焊缝背面成形，因此，在焊缝收尾区就存在焊接质量问题，纵缝焊接可以通过“小孔旁引”或是收弧板引出等方式去除焊缝收尾区焊接缺陷，而环缝焊接只能通过收孔工艺方法闭合小孔。收孔工艺一般采用电流及等离子气递减的方式闭合小孔，工艺方法掌握不当，小孔收尾区就会产生未焊透、气孔、烧穿、成形不良等焊接缺陷，成为等离子环缝焊接工艺的关键难点。材料、焊件结构、焊接设备、焊件散热条件、焊接环境等众多因素均对收孔工艺规范产生较大的影响，因而等离子环缝收尾区焊接缺陷问题一直是焊接技术人员争相研究的热点。通过焊接试验找到一种通用的等离子环缝收孔工艺方法，是解决上述难题的最有效途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，通过焊接工艺参数中三段不同收孔电流递减斜率，配合离子气和送丝速度的衰减，解决等离子环缝小孔收尾区未焊透、气孔、烧穿、成形不良等焊接缺陷的问题，能够保证高品质焊接接头质量要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，包括如下步骤：

步骤（1），环缝起始区段：

（1.1）保护气体提前送气5～10秒。

（1.2）焊接电流、离子气、焊件旋转同时启动，焊接电流、离子气上升，焊件穿孔，熔池形成小孔效应，开始送丝；

（1.3）焊接电流、离子气、送丝速度继续上升，达到正常焊接电流100～350A、离子气流0.5～2.8scfh、送丝速度800～2800mm/min，开始正常焊接，进入焊接区段；

步骤（2），环缝焊接区段：

（2.1）正常焊接区段焊接电流呈缓降匀速趋势，从环缝焊接区段开始焊接到结束电流总降幅为5%～30%，也可根据实际环缝长度适当调整；

（2.2）离子气和送丝速度恒定不变，也可视实焊情况进行微调；

步骤（3），环缝收尾区段：

（3.1）环缝收尾区上升段：焊接电流匀速上升，从环缝收尾区上升段开始焊接到结束电流总升幅为5%～30%，离子气维持不变，送丝速度匀速下降；环缝收尾区上升段焊接长度为30～80mm；

（3.2）环缝收尾区下降段：焊接电流匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为30%～70%；离子气匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束离子气总降幅为50%～80%，送丝速度匀速下降至零，完成熔池小孔闭合收孔；环缝收尾区下降段焊接长度为60～120mm；

（3.3）环缝收尾区陡降段：焊接电流匀速陡降至零，离子气匀速下降至零，完成焊接收弧，焊件旋转停止，保护气体滞后至少10秒停止送气，结束环缝焊接；环缝收尾区陡降段焊接长度为30～80mm；

其中，步骤（3.1）和（3.2）送丝速度下降的速度相同；（3.2）和（3.3）离子气下降的速度相同。

本发明对于环缝起始区段、环缝收尾区段的焊接长度没有限制，按照现有技术即可，也可根据实际情况进行调整。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

a)焊接区段采用等速缓降电流，减少热输入的方法，有效解决现有电流恒定不变的规范中，末段焊缝热输入累积后造成的焊缝接头组织粗大、外观成形不良的问题，焊缝外观合格率达100%。

b)环缝收尾区段现有规范是焊接电流、离子气等速下降，本发明采用焊接电流先升后降、离子气保持先维持再下降的方法，彻底解决由于环缝起弧接头焊缝高、熔不透，而导致背面成形不良、未焊透的老大难问题。焊缝X射线探伤合格率、正反面外观合格率均达100%。

本发明成功解决了等离子环缝焊接收孔工艺难题，使环缝收尾区避免产生未焊透、气孔、烧穿、成形不良等焊接缺陷，能够保证环缝焊接接头高质量要求，取得了十分良好的应用效果。

附图说明

图1为本发明等离子环缝焊接电流程序示意图；

图2为本发明等离子环缝焊接等离子气程序示意图；

图3为本发明等离子环缝焊接送丝速度程序示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，包括如下步骤：

步骤（1），环缝起始区段：

（1.1）保护气体提前送气5秒。

（1.2）焊接电流、离子气、焊件旋转同时启动，焊接电流、离子气上升，焊件穿孔，熔池形成小孔效应，开始送丝；

（1.3）焊接电流、离子气、送丝速度继续上升，达到正常焊接电流100A、离子气流0.5scfh、送丝速度800mm/min，开始正常焊接，进入焊接区段；

步骤（2），环缝焊接区段：

（2.1）正常焊接区段焊接电流呈缓降匀速趋势，从环缝焊接区段开始焊接到结束电流总降幅为5%；

（2.2）离子气和送丝速度恒定不变；

步骤（3），环缝收尾区段：

（3.1）环缝收尾区上升段：焊接电流匀速上升，从环缝收尾区上升段开始焊接到结束电流总升幅为5%，离子气维持不变，送丝速度匀速下降；环缝收尾区上升段焊接长度为30mm；

（3.2）环缝收尾区下降段：焊接电流匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为30%；离子气匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为50%，送丝速度匀速下降至零，完成熔池小孔闭合收孔；环缝收尾区下降段焊接长度为60mm；

（3.3）环缝收尾区陡降段：焊接电流匀速陡降至零，离子气匀速下降至零，完成焊接收弧，焊件旋转停止，保护气体滞后10秒停止送气，结束环缝焊接；环缝收尾区陡降段焊接长度为30mm；

其中，步骤（3.1）和（3.2）送丝速度下降的速度相同；（3.2）和（3.3）离子气下降的速度相同。

实施例2

一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，包括如下步骤：

步骤（1），环缝起始区段：

（1.1）保护气体提前送气10秒。

（1.2）焊接电流、离子气、焊件旋转同时启动，焊接电流、离子气上升，焊件穿孔，熔池形成小孔效应，开始送丝；

（1.3）焊接电流、离子气、送丝速度继续上升，达到正常焊接电流350A、离子气流2.8scfh、送丝速度2800mm/min，开始正常焊接，进入焊接区段；

步骤（2），环缝焊接区段：

（2.1）正常焊接区段焊接电流呈缓降匀速趋势，从环缝焊接区段开始焊接到结束电流总降幅为30%；

（2.2）离子气和送丝速度恒定不变；

步骤（3），环缝收尾区段：

（3.1）环缝收尾区上升段：焊接电流匀速上升，从环缝收尾区上升段开始焊接到结束电流总升幅为30%，离子气维持不变，送丝速度匀速下降；环缝收尾区上升段焊接长度为80mm；

（3.2）环缝收尾区下降段：焊接电流匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为70%；离子气匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束离子气总降幅为80%，送丝速度匀速下降至零，完成熔池小孔闭合收孔；环缝收尾区下降段焊接长度为120mm；

（3.3）环缝收尾区陡降段：焊接电流匀速陡降至零，离子气匀速下降至零，完成焊接收弧，焊件旋转停止，保护气体滞后20秒停止送气，结束环缝焊接；环缝收尾区陡降段焊接长度为80mm；

其中，步骤（3.1）和（3.2）送丝速度下降的速度相同；（3.2）和（3.3）离子气下降的速度相同。

实施例3

一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，包括如下步骤：

步骤（1），环缝起始区段：

（1.1）保护气体提前送气8秒。

（1.2）焊接电流、离子气、焊件旋转同时启动，焊接电流、离子气上升，焊件穿孔，熔池形成小孔效应，开始送丝；

（1.3）焊接电流、离子气、送丝速度继续上升，达到正常焊接电流200A、离子气流1scfh、送丝速度1500mm/min，开始正常焊接，进入焊接区段；

步骤（2），环缝焊接区段：

（2.1）正常焊接区段焊接电流呈缓降匀速趋势，从环缝焊接区段开始焊接到结束电流总降幅为15%；

（2.2）离子气和送丝速度恒定不变；

步骤（3），环缝收尾区段：

（3.1）环缝收尾区上升段：焊接电流匀速上升，从环缝收尾区上升段开始焊接到结束电流总升幅为20%，离子气维持不变，送丝速度匀速下降；环缝收尾区上升段焊接长度为50mm；

（3.2）环缝收尾区下降段：焊接电流匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为50%；离子气匀速下降，从环缝收尾区下降开始焊接到结束离子气总降幅为70%，送丝速度匀速下降至零，完成熔池小孔闭合收孔；环缝收尾区下降段焊接长度为100mm；

（3.3）环缝收尾区陡降段：焊接电流匀速陡降至零，离子气匀速下降至零，完成焊接收弧，焊件旋转停止，保护气体滞后15秒停止送气，结束环缝焊接；环缝收尾区陡降段焊接长度为50mm；

其中，步骤（3.1）和（3.2）送丝速度下降的速度相同；（3.2）和（3.3）离子气下降的速度相同。

应用实例

等离子环缝焊接收孔工艺程序分三个区段：起始区段、焊接区段、收尾区段。实施的焊接设备为AMET公司变极性等离子自动柔性焊接系统（CBM-2X2-XM），等离子焊接电源为VPC-450(miller Dynasty 700)

实施的焊接工件为钛合金（TC4）壳体φ535X800，壁厚：7mm，焊丝：ERTi-6Al-4V φ1.2mm。

焊接实施方案为钛合金壳体环缝7mm厚直流等离子一次焊透，单面焊双面成形，焊缝X射线探伤Ⅱ级合格。

实施的焊接规范如附图所示，针对环缝收尾区焊缝的特点，通过反复焊接试验，通过焊接电流、等离子气、送丝速度三个关键参数之间的合理配置，形成一个成熟的等离子环缝收孔焊接工艺。

图1中所示为焊接电流变化情况：起弧段与常规一致，焊接段为微降规范，收尾段电流开始为上升段，然后为下降段，最后为陡降段，完成收孔闭合。

图2所示为等离子气变化情况：起弧段与常规一致，焊接段恒定不变，收尾段开始为维持段（对应环缝收尾区上升段），然后为衰减段（对应环缝收尾区下降段和环缝收尾区陡降段），完成收孔闭合。

图3所示为焊接送丝速度变化情况：起弧段与常规一致，焊接段恒定不变，收尾段为衰减段（对应环缝收尾区上升段和环缝收尾区下降段）。

本发明与现有环缝收孔工艺接头处开始，电流、离子气、送丝速度同时衰减不同，通过收尾开始段电流提升、离子气保持不变、送丝速度衰减的参数设置，解决了焊接接头处背面未焊透、气孔、焊瘤、烧穿等缺陷问题；然后通过电流、离子气、送丝速度同时衰减，完成小孔闭合，保证焊缝质量及外观成形优良。

本发明的实施，环缝外观合格率：正面焊缝从60%提高到100%，背面焊缝从35%提高到100%；环缝X射线探伤一次合格率从25%提高到100%，Ⅰ级片率从0提高到99.5%，Ⅱ级片率从20%提高到100%。成功解决了等离子环缝焊接收孔工艺难题，取得十分良好的应用效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种等离子环缝焊接收孔工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1），环缝起始区段：

（1.1）保护气体提前送气5～10秒。

（1.2）焊接电流、离子气、焊件旋转同时启动，焊接电流、离子气上升，焊件穿孔，熔池形成小孔效应，开始送丝；

（1.3）焊接电流、离子气、送丝速度继续上升，达到正常焊接电流100～350A、离子气流0.5～2.8scfh、送丝速度800～2800mm/min，开始正常焊接，进入焊接区段；

步骤（2），环缝焊接区段：

（2.1）正常焊接区段焊接电流呈缓降匀速趋势，从环缝焊接区段开始焊接到结束电流总降幅为5%～30%；

（2.2）离子气和送丝速度恒定不变；

步骤（3），环缝收尾区段：

（3.1）环缝收尾区上升段：焊接电流匀速上升，从环缝收尾区上升段开始焊接到结束电流总升幅为5%～30%，离子气维持不变，送丝速度匀速下降；环缝收尾区上升段焊接长度为30～80mm；

（3.2）环缝收尾区下降段：焊接电流匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束电流总降幅为30%～70%；离子气匀速下降，从环缝收尾区下降段开始焊接到结束离子气总降幅为50%～80%，送丝速度匀速下降至零，完成熔池小孔闭合收孔；环缝收尾区下降段焊接长度为60～120mm；

（3.3）环缝收尾区陡降段：焊接电流匀速陡降至零，离子气匀速下降至零，完成焊接收弧，焊件旋转停止，保护气体滞后至少10秒停止送气，结束环缝焊接；环缝收尾区陡降段焊接长度为30～80mm；

其中，步骤（3.1）和（3.2）送丝速度下降的速度相同；（3.2）和（3.3）离子气下降的速度相同。

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