CN111168242B - 连接ta2/t2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于异种材料焊（连）接技术领域，具体涉及连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，S1、将钛铜复合板倒置，将底板对接夹紧在焊接定位夹具上，并通过调节预紧力使得两TA2板之间保持预紧力；S2、调整激光焊接设备和电弧焊接设备的焊接参数；S3、采用激光焊接设备对底板进行焊接；S4、采用电弧焊接设备对顶板进行焊接。本发明的有益效果是：本发明采用激光和电弧作为热源，选择熔点为710‑800℃的710BCuP‑2为凹槽填充焊丝，采用激光电弧串联的焊接方式，获得了包含底板TA2上的激光焊缝以及顶板T2上的TIG焊缝的混合接头，同时避免在焊接过程中形成脆性的Ti‑Cu金属间化合物，改善焊缝微观组织，提高了接头的力学性能，降低材料的使用成本，提高焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天、油气输送、医疗器制造、仪器仪表、电子、化工等技术领域的连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，属于异种材料焊（连）接技术领域。
背景技术
钛及其合金具有优异的综合性能，如高比强度、高比模量、韧性、耐蚀性、高的损伤容限和可焊性。铜及其合金具有优良的导电性、导热性、延展性、良好的冷热加工性、高的抗氧化性和耐蚀性。然而，多材料Ti-Cu可以充分利用每种材料与单一材料性能相比的性能和成本优势，为每种材料选择最佳材料和结构成分。TA2/T2复合材料板具有良好的连接界面和均匀的厚度分布，广泛应用于许多行业。TA2/T2异种材料的有效连接不仅满足了对导热、导电性、耐腐蚀、耐磨性的要求，同时也满足了高强度、轻量化的要求。因此，它在航空航天、仪器仪表、电子、化工等领域有着广阔的应用前景。由于上述原因，Ti和Cu的连接主要集中在钎焊和固相焊接，如摩擦焊、爆炸焊接和冲击焊。以往的研究结果表明，固相焊由于具有良好的焊接性能和良好的焊接质量而具有一定的优越性。爆炸焊接具有爆炸压力大、变形热大的特点，可用于异种金属的焊接。通过控制爆炸参数和热扩散，可以实现异种金属间良好的金属结合。
用复合板经多次弯曲工艺(即JCOE工艺)和纵缝对接焊接工艺，可制备复合板管材。这类管道在石油工程中应用于高腐蚀性原油和天然气的长距离运输和精炼。尽管复合板以其优异的性能而具有巨大的应用优势，但高效率的对焊仍然是其应用中的一个关键因素。在许多情况下，复合板材被用于制造长的油气管道。这意味着板材要经过纵向焊缝对焊才能得到复合管。因此，有必要进行复合薄板对焊进行研究。
目前，需要开发一种新的连接TA2/T2复合板的焊接方法。激光焊接是一种较为新型的焊接技术，具有效率高、可控性好、局部热输入能力强、热影响范围小等优点。由于激光的这些优点，在TA2/T2复合板焊接中，激光入射位置可以达到控制精确，可以有效调整TA2，从而有效地提高接头的强度。TIG焊由于它有限的热量输入适用于连接薄片。因此，采用激光电弧串联的焊接方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，有效解决接头脆性、耐腐蚀材料价格高昂、且复合材料在应用领域焊接效率低的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，包括如下步骤：
S1、将两块待焊接的TA2板进行激光焊接对接形成I形坡口底板，将两块T2板对称设置在底板上形成V形坡口顶板，所述V形坡口的夹角为60°，所述V形坡口内填充BCuP-2焊丝，最终形成钛铜复合板；
S2、将钛铜复合板倒置，将底板对接夹紧在焊接定位夹具上，并通过调节预紧力使得两TA2板之间保持预紧力；
S3、调整激光焊接设备和电弧焊接设备的焊接参数；
S4、采用激光焊接设备对底板进行焊接，第一道激光焊接时，控制激光偏移量为0，即激光光斑照射在底板TA2对接接触面上，使接触面两侧的TA2部分熔化，在底板TA2上形成激光焊缝，防止第一道激光焊接将TA2/T2爆炸焊连接界面和顶板T2熔化；
S5、采用电弧焊接设备对顶板进行焊接，第二道TIG焊接时，控制焊接件（待焊接的顶板）夹紧并处于水平位置，BCuP-2焊丝处在V形坡口正中间，避免TIG热源过大将底板TA2焊缝以及两侧的T2板熔化，在顶板上形成TIG焊缝。
进一步地，所述激光焊接设备为CW型激光焊接设备，电弧焊接设备为WSD-250型TIG电弧焊接设备。
进一步地，所述CW型激光焊接设备的焊接参数具体为：激光功率500～600W；离焦量0～+5mm；焊接速度500～700mm/min；保护气体流量20～30 L/min。
进一步地，所述WSD-250型TIG电弧焊接设备的焊接参数具体为：焊接电压为220V，焊接电流为30～350A，保护气体流量5～320 L/min。
进一步地，所述BCuP-2焊丝的熔点范围为710-800℃。
本发明的有益效果是：本发明采用激光和电弧作为热源，选择熔点为710-800℃的710BCuP-2为凹槽填充焊丝，采用激光电弧串联的焊接方式，获得了包含底板TA2上的激光焊缝以及顶板T2上的TIG焊缝的混合接头，同时避免在焊接过程中形成脆性的Ti-Cu金属间化合物，改善焊缝微观组织，提高了接头的力学性能，降低材料的使用成本，提高焊接效率。
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明钛铜复合板的结构示意图；
图2为本发明的激光-电弧焊接过程示意图；
图3为图1钛铜复合板接头的扫描横截面示意图；
图4为TA2侧激光焊缝的扫描光镜示意图；
图5为 T2侧TIG焊缝的扫描光镜示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请中，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，也可以是可拆卸连接，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。
实施例
如图1-3所示，本发明所提供的连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，连接TA2/T2复合板的异种金属激光电弧串联焊接方法，按以下工艺步骤进行：
a）接头形式：如图1焊接接头示意图，两块TA2板激光焊接接头形式为I形坡口对接，TA2板长度9.27mm，厚度为2mm，两直角梯形T2板对称设置在底板上形成V形坡口顶板，T2板的下底长度为6.77mm，上底长度为5mm，厚度为3mm，底角为60°，调整焊接参数，确保激光热源不会使顶板的T2以及TA2/T2爆炸焊连接界面熔化，装夹时保证底板TA2对接的接触面存在一定的预紧力。
b）焊接工艺：如图2所示，底板采用CW激光焊设备进行焊接，激光功率500～600W；离焦量0～+5mm；焊接速度500～700mm/min；保护气体流量20～30 L/min；顶板采用WSD-250TIG电弧焊接设备和BCuP-2焊丝进行凹槽（V形坡口）的填充，焊接电压为220V，焊接电流为30～350A，保护气体流量5～320 L/min；通过调整激光入射点和功率，防止第一道激光焊接时将TA2/T2爆炸焊连接界面和顶板T2熔化。通过选择合适的填充焊丝、优化焊接参数，防止第二道TIG焊接时将底板TA2上的激光焊缝以及两侧基层T2过度熔化，改善焊缝表面成形，提高接头焊接质量。
c）第一道激光焊接时，控制激光偏移量为0，即激光光斑照射在底板TA2对接接触面上，使接触面两侧的TA2部分熔化，在底板TA2上形成激光焊缝，防止第一道激光焊接将TA2/T2爆炸焊连接界面和顶板T2熔化；第二道TIG焊接时，控制焊接件夹紧并处于水平位置，焊丝处在坡口正中间，利用完全熔化的焊丝BCuP-2填满T2侧的凹槽，避免TIG热源过大将底板TA2焊缝以及两侧基层T2熔化，在顶板T2上形成TIG焊缝。
d）通过精确控制焊接参数，从而控制底板TA2上的激光焊缝成形。选择填充焊丝BCuP-2，其熔点为710-800℃，熔化的焊丝BCuP-2填充并润湿顶板T2上的凹槽，其较低的熔化温度有利于避免TA2与T2的液态混合，从而避免在焊接过程中形成脆性的Ti-Cu金属间化合物，大大降低了接头的脆性，从而获得力学性能较好的复合板接头。
如图4所示的TA2侧激光焊缝的光镜示意图，（a）为激光焊缝低倍示意图，（b）为激光焊缝高倍示意图。
如图5所示的T2侧焊缝的光镜示意图，（a）为TIG焊缝低倍示意图，（b）为TIG焊缝T2侧高倍示意图，（c）为TIG焊缝高倍示意图，（d）为TIG焊缝TA2侧高倍示意图。
采用本发明的TA2/T2钛铜复合板的异种金属激光电弧串联焊接方法进行的焊接，首先将钛铜复合板倒置，将底板TA2对接夹紧在焊接定位夹具上，并通过调节预紧力使得底板TA2之间保持一定的压力。
首先第一道采用激光焊接，通过精确控制焊接工艺参数，同时，通过调整激光入射点，使光斑照射在底板TA2对接接触面上，使接触面两侧的TA2部分熔化，在底板TA2上形成激光焊缝，激光焊接对接底板TA2属于同种金属焊接，所以底板TA2焊缝承担主要强度。第二道用TIG填充焊填满顶板凹槽，选择BCuP-2填充焊丝，熔点为710-800℃，主要作用是通过TIG焊接热源加热熔化并润湿凹槽表面，其较低的熔化温度有利于避免TA2与T2的液态混合，从而避免在焊缝中形成脆性的Ti-Cu金属间化合物，大大提高了焊缝的力学性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种连接TA2/T2爆炸焊复合板的激光电弧串联焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将两块待焊接的TA2板进行激光焊接对接形成I形坡口底板，将两块T2板对称设置在底板上形成V形坡口顶板，所述V形坡口的夹角为60°，所述V形坡口内填充BCuP-2焊丝，最终形成钛铜复合板；
S2、将钛铜复合板倒置，将底板对接夹紧在焊接定位夹具上，通过调节焊接定位夹具的预紧力使得两TA2板之间保持预紧力；
S3、调整激光焊接设备和电弧焊接设备的焊接参数；
S4、采用激光焊接设备对底板进行焊接，第一道激光焊接时，控制激光偏移量为0，使得激光光斑照射在底板TA2对接接触面上，进而使得接触面两侧的TA2部分熔化，在底板TA2上形成激光焊缝，防止第一道激光焊接将TA2/T2爆炸焊连接界面和顶板T2熔化；
S5、采用电弧焊接设备对顶板进行焊接，第二道TIG焊接时，控制待焊接的顶板夹紧并处于水平位置，BCuP-2焊丝处在V形坡口正中间，避免TIG热源过大将底板TA2焊缝以及两侧的T2板熔化，在顶板上形成TIG焊缝；
所述步骤S3中激光焊接设备的焊接参数具体为：激光功率500～600W；离焦量0～+5mm；焊接速度500～700mm/min；保护气体流量20～30L/min；
所述步骤S3中电弧焊接设备的焊接参数具体为：焊接电压为220V，焊接电流为30～350A，保护气体流量5～320L/min；
所述激光焊接设备为CW型激光焊接设备，所述电弧焊接设备为WSD-250型TIG电弧焊接设备；
所述BCuP-2焊丝的熔点范围为710-800℃。
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