CN111151846B - 基于小孔tig和活性化tig的钛合金复合焊工艺及活性剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺及活性剂，该活性剂属于氟化物组元，包含分析纯的氟化钙、氟化钠、氟化铝和氟化银。所述基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺，利用所研制的活性剂，在焊接前涂覆或喷涂与焊接表面，焊接过程中可增加电弧挺度，提高电弧的熔透性，达到降低熔宽，减小焊缝和热影响区体积，降低焊接变形效果，同时，对焊接气孔产生有一定的抑制作用。

Description

基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺及活性剂
技术领域
本发明属于熔化焊焊接技术领域，具体涉及一种基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺及活性剂，应用于厚板钛合金的对接型中等厚度焊缝。
背景技术
钛合金以其高比强度、优质抗腐蚀性能、以及无磁性等一系列优点，在海洋工程、船舶建造、石油化工、航空航天、压力容器制造和核电设备等工业领域广泛应用，中等厚度5~15mm钛合金在工程应用中最为广泛。较先进的钛合金自动焊接方法有电子束焊（EB）和等离子弧焊（PAW），其不但设备昂贵，且使用成本较高，工程应用和推广较慢。
钛合金小孔TIG是一种小孔型焊接技术，采用增加TIG电流方法，加强电弧收缩的原理，使电弧穿透能力增强，保持焊接过程中小孔持续存在进行焊接，可单道不开坡口一次性焊透12mm钛合金，焊接速度可达300mm/min甚至更大，该方法不需要离子气，焊前装配间隙和错边要求也较低，属于较适合钛合金厚板的焊接方法，近年来发展迅速，非常适合工程应用。但是，小孔TIG由于焊接电流较大，焊接接头呈明显的铆钉型，不但焊缝正面过宽造成焊缝不美观，也存在由于焊缝和热影响区过大引起较大的焊接变形。这也是造成该技术推广应用受到制约的原因。
发明内容
为了解决钛合金小孔TIG热输入大、焊缝和热影响区过大，引起较大的焊接变形问题，本发明提供一种基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺及活性剂，针对钛合金的小孔TIG，研制了专用的钛合金小孔TIG活性剂，在焊接前涂覆或喷涂与焊接表面，焊接过程中可增加电弧挺度，提高电弧的熔透性，达到降低熔宽，减小焊缝和热影响区体积，降低焊接变形效果，同时，对焊接气孔产生有一定的抑制作用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钛合金小孔TIG焊用的活性剂，包含分析纯的氟化钙、氟化钠、氟化铝和氟化银，按照质量百分比，氟化钙比例为40-70%，氟化钠比例为5-20%，氟化铝比例为5-20%，氟化银比例为10-25%，上述成分按照所述的质量百分比调配混合均匀，在烘箱中烘干后，用球磨机粉碎至50-120um，得到活性剂产品，装入干燥的储存装置中即可。
基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺，所述工艺包括如下步骤：
步骤一、对待焊接的钛合金板的焊接区域进行清理；
步骤二、取所述的活性剂和丙酮或无水乙醇进行混合，混合比例是每100ml丙酮或无水乙醇添加10~20g活性剂，混合均匀后涂覆或喷涂在钛合金板上清理后的焊接区域；
步骤三、对待焊接的钛合金板进行组对并固定，组对间隙小于1.5mm，错边小于1mm，然后进行小孔TIG焊；
步骤四、在小孔TIG焊的过程中，当钛合金板为“I”字型的直边坡口时，焊接的工艺参数为：（1）板厚5mm时，焊接电流400~450A ，焊接速度400~500mm/min；（2）板厚10mm时，焊接电流450~500A ，焊接速度200~300mm/min；（3）板厚15mm时，焊接电流550~600A ，焊接速度150~250mm/min；
当钛合金板为“Y”字型的组合坡口时，焊接电流500~580A， 焊接速度150~250mm/min。
步骤一中，对于厚度为5~15mm钛合金，采用“I”字型直边坡口，组对前对坡口两端面及焊缝两侧进行机械清理；对于厚度＞15mm钛合金，采用 “Y”字型组合坡口，钝边10~12mm，对钝边端面、斜边区域及焊缝两侧进行机械清理。
在进行小孔TIG焊时，采用直径6mm以上的钨极，保护气流量为20~30L/min。
本发明在降低钛合金小孔TIG焊接热输入和焊接变形，提升大厚度钛合金小孔TIG焊接质量作用明显，具体表现在以下方面：
1、活性剂的加入，增加了电弧的集中度和熔透能力，电弧穿透能力和挺度大大提升。对于焊接同等厚度钛合金，同等焊接速度时，焊接电流可降低50A左右，降低热输入约10%，同时焊缝正面宽度降低约10%，焊接变形也得到可观的控制；
2、活性剂能够增加小孔TIG电弧电压，对于同等焊接速度和焊接电流，对焊接装配的错边要求降低20%左右，同时，对焊缝金属的纯净物有净化作用，发生气孔和未焊透的缺陷倾向降低。
3、本发明适用于厚度为5mm～15mm的单道全焊透型焊缝，以及厚度大于15mm的复合坡口焊缝，焊缝类型涵盖拼版焊缝、纵焊缝、环焊缝。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
一种钛合金小孔TIG焊用的活性剂，本发明针对钛合金小孔TIG焊接特点对活性剂进行了成分设计和优化，属于氟化物组元，包含分析纯的氟化钙、氟化钠、氟化铝和氟化银，按照质量百分比，氟化钙比例为40-70%，氟化钠比例为5-20%，氟化铝比例为5-20%，氟化银比例为10-25%，上述成分按照所述的质量百分比调配混合均匀，在烘箱中烘干后，用球磨机粉碎至50-120um，得到活性剂产品，装入干燥的储存装置中即可。
该活性剂针对钛合金小孔TIG的焊接特点进行了成分设计和优化，十分适合钛合金小孔TIG的大电流高速焊接，且活性剂可采用涂覆或喷涂，使用方便灵活。活性剂在钛合金小孔TIG上使用，可在焊接过程中可收缩电弧，增加电弧挺度，增加电弧熔透能力，可达到降低熔宽，减小焊缝和热影响区体积，降低焊接变形效果。
利用上述活性剂的、基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺，实施步骤如下：
（1）焊前准备：对于厚度在5~15mm钛合金，采用“I”字型直边坡口，组对前对坡口两端面及焊缝两侧进行机械清理；对于厚度＞15mm钛合金，采用 “Y”字型组合坡口，钝边10~12mm，对钝边端面、斜边区域及焊缝两侧进行机械清理；
（2）涂覆活性剂：取所述的活性剂和丙酮或无水乙醇进行混合，混合比例是每100ml丙酮或无水乙醇添加10~20g活性剂，混合均匀，用干净的毛刷均匀涂刷在钛合金板的机械清理区域；
（3）装配组对：对待焊钛合金板进行组对，组对间隙小于1.5mm，错边小于1mm，并可进行点焊或机械固定；
（4）焊接：在小孔TIG焊的过程中，当钛合金板为“I”字型的直边坡口时，焊接的工艺参数为：（1）板厚5mm时，焊接电流400~450A ，焊接速度400~500mm/min；（2）板厚10mm时，焊接电流450~500A ，焊接速度200~300mm/min；（3）板厚15mm时，焊接电流550~600A ，焊接速度150~250mm/min；
当钛合金板为“Y”字型的组合坡口时，焊接电流500~580A， 焊接速度150~250mm/min；
采用直径6mm以上的钨极，保护气流量为20~30L/min。
实施例1：本实施例中，待焊接的钛合金板为TA2板材，厚度为10mm，焊接区域采用“I”字型的直边坡口，分别采用现有技术常规的小孔TIG焊接和本发明所述工艺焊接，焊接后，对比两种焊接方法形成的焊缝外观。
在利用常规的小孔TIG焊接时，焊接电流540A，焊接速度300mm/min，焊接后，焊缝正面宽度为15mm。
在利用本发明所述工艺焊接时，焊接电流降至480A，焊接速度320mm/min，焊接后的焊缝正面宽度降至12mm，改善相当可观。
实施例2：本实施例中，待焊接的钛合金板为30mm厚的TC4板材，焊接区域采用“Y”字型的组合坡口，分别采用现有技术常规的小孔TIG焊接和本发明所述工艺焊接，焊接后，对比两种焊接方法形成的焊缝外观。
在利用常规的小孔TIG焊接时，钝边设计为10mm，坡口为60°，采用小孔TIG打底，TIG填充，填充金属量较大，焊缝区域较宽。
在利用本发明所述工艺焊接时，设计钝边14mm，60度坡口，采用本发明打底单面焊双面成型，TIG填充，填充后焊缝区域宽度较常规方法降低约20~40%，焊接质量均满足NB/T47013.2之射线检测Ⅰ级要求，焊接变形得到有效控制。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钛合金小孔TIG焊用的活性剂，其特征在于：包含分析纯的氟化钙、氟化钠、氟化铝和氟化银，按照质量百分比，氟化钙比例为40-70%，氟化钠比例为5-20%，氟化铝比例为5-20%，氟化银比例为10-25%，上述成分按照所述的质量百分比调配混合均匀，在烘箱中烘干后，用球磨机粉碎至50-120um，得到活性剂产品，装入干燥的储存装置中即可。
2.基于小孔TIG和活性化TIG的钛合金复合焊工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
步骤一、对待焊接的钛合金板的焊接区域进行清理；
步骤二、取权利要求1所述的活性剂和丙酮或无水乙醇进行混合，混合比例是每100ml丙酮或无水乙醇添加10~20g活性剂，混合均匀后涂覆或喷涂在钛合金板上清理后的焊接区域；
步骤三、对待焊接的钛合金板进行组对并固定，组对间隙小于1.5mm，错边小于1mm，然后进行小孔TIG焊；
步骤四、在小孔TIG焊的过程中，当钛合金板为“I”字型的直边坡口时，焊接的工艺参数为：（1）板厚5mm时，焊接电流400~450A ，焊接速度400~500mm/min；（2）板厚10mm时，焊接电流450~500A ，焊接速度200~300mm/min；（3）板厚15mm时，焊接电流550~600A ，焊接速度150~250mm/min；
当钛合金板为“Y”字型的组合坡口时，焊接电流500~580A， 焊接速度150~250mm/min。
3.根据权利要求2所述的钛合金复合焊工艺，其特征在于，步骤一中，对于厚度为5~15mm钛合金，采用“I”字型直边坡口，组对前对坡口两端面及焊缝两侧进行机械清理；对于厚度＞15mm钛合金，采用 “Y”字型组合坡口，钝边10~12mm，对钝边端面、斜边区域及焊缝两侧进行机械清理。
4.根据权利要求2所述的钛合金复合焊工艺，其特征在于，在进行小孔TIG焊时，采用直径6mm以上的钨极，保护气流量为20~30L/min。
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