CN112338331B

CN112338331B - 一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法

Info

Publication number: CN112338331B
Application number: CN202010974841.8A
Authority: CN
Inventors: 雷强; 朱军利; 樊彦杰; 何涛; 罗文忠; 王龙周; 肖奇
Original assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Current assignee: Western Superconducting Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: CN112338331A

Abstract

本发明提出了一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法，包括：S1、将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气；S2、将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，焊接至十字拼接缝隙位置前进行收弧；S3、将等离子焊枪从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，由纵向移动变为横向移动，完成“L型”焊缝的焊接；S4、将等离子焊枪沿纵向以设定速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接。本发明改进了传统的“十字”型焊接方式，从而可以消除横向贯穿性裂纹，防止熔炼过程焊缝位置的掉片或掉块现象。

Description

一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法

技术领域

本发明属于稀有金属加工技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法。

背景技术

工业化生产钛及钛合金铸锭的主要方法是真空自耗电极电弧炉熔炼，即将辅助电极与自耗电极对焊，随后再自耗电弧炉进行熔炼的方法。在此过程中自耗电极的质量对真空自耗电弧炉熔炼的顺利进行至关重要。自耗电极一般采用单块挤压所生产的电极块进行组拼和对焊制备而成，其组拼和焊接方式根据电极块的形状而有所不同，但多数采用两两横向对接为一节，然后在将两两对接后的单节电极沿纵向依次拼接，并在氩气保护气氛下的等离子焊箱内焊接为自耗电极。为了保证自耗电极具备足够的强度，自耗电极焊接一般采用通焊的方式，即沿自耗电极的纵向和横向拼接缝隙分别进行贯穿性焊接。由于在贯穿性焊接方式中，纵向焊缝与横向焊缝存在交叉，因此该方式也被称为“十字”型焊接。但是，“十字”型焊接方式存在较大的质量隐患：由于自耗电极一般长度约达4m，夹具和料架存在一定变形，因此电极块组拼和夹紧后受到较大夹紧力和变形力的约束。组拼后的电极块经过等离子焊接成为自耗电极后，其将夹紧时的夹紧力和变形力转化为内应力，内应力在十字焊缝处更为集中，由此会在十字焊缝处产生横向的贯穿性裂纹，真空自耗电弧炉熔炼至该焊缝时，必然会存在掉片/块现象，严重时可形成冶金缺陷，这种现象在多元钛合金中表现得更加突出。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种用于消除钛及钛合金焊缝裂纹的焊接方法，改进了传统的“十字”型焊接方式，有效解决了背景技术中提出的问题，有效避免了十字焊缝位置出现的横向贯穿性裂纹，可以防止熔炼过程焊缝位置的掉片或掉块现象，提高了钛及钛铸锭的质量可靠性。

本发明提供的具体解决方案包括如下步骤：

S1、将配料和混料完成的单块电极压制成若干个电极块，其中，每2块组拼为一节，将多节组拼为单根自耗电极，将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气；

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，焊接至十字拼接缝隙位置前一定距离处进行收弧；

S3、将等离子焊枪以设定速度断点移动至纵向拼接缝隙下端的最远处，从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，当纵向焊接完焊缝以后，由纵向移动变为横向移动，沿平行于横向拼接缝隙的方向焊接完成后进行收弧，完成“L型”焊缝的焊接；

S4、将等离子焊枪沿纵向以设定速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接。

可选地，所述焊接方法还包括：

在完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接以后，用同样的方法完成单根自耗电极的所有十字拼接缝隙的焊接，然后再等离子焊箱内的氩气保护下冷却时间≥20min后出炉，最终获得自耗电极。

可选地，所述步骤S1中真空度≤7Pa，漏气率≤1.2Pa/min，充入氩气的压力≥60kPa。

可选地，所述步骤S2中沿横向拼接缝隙移动的距离为80mm～150mm，且在横向焊接至十字拼接缝隙前20mm～40mm处进行收弧。

可选地，所述步骤S3中沿横向拼接缝隙移动的距离为20mm～40mm，纵向焊接距离为纵向拼接缝隙长度的60％。

可选地，所述步骤S4中沿横向拼接缝隙移动的距离为80mm～150mm。

可选地，所述焊接速度为50mm/min～130mm/min。

可选地，所述断点移动的设定速度≥200mm/min。

可选地，所述焊接电流为350A～500A，焊接氩气流量≥0.6m³/h，焊接电压为40V～90V。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法充分利用了钛及钛合金电极块压制成型后的疏松状，改进了传统的“十字”型焊接方式，在“十字”拼接缝隙的纵向焊缝处采用断点焊接的方式，释放了自耗电极焊接时的焊接应力，消除了自耗电极因开裂而回炉补焊的问题，进而缩短了异常处置的滞留时间，防止自耗电极吸潮；采用“L型”的焊接方式使得横向焊接处的焊接内应力集中至“L”型焊缝的拐角收弧点上，从而可以消除横向贯穿性裂纹，防止熔炼过程焊缝位置的掉片或掉块现象，提高了钛及钛铸锭的质量可靠性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的L型断点焊接的焊接方式图；

图2(a)是本发明实施例的TA15钛合金自耗电极十字贯穿焊接法的实物图；

图2(b)是本发明实施例的TA15钛合金自耗电极L型断点焊接法的实物图；

图3(a)是本发明实施例的TC18钛合金自耗电极十字贯穿焊接法的实物图；

图3(b)是本发明实施例的TC18钛合金自耗电极L型断点焊接法的实物图；

图4(a)是本发明实施例的TC21钛合金自耗电极十字贯穿焊接法的实物图；

图4(b)是本发明实施例的TC21钛合金自耗电极L型断点焊接法的实物图

具体实施方式

下面将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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

下面结合附图对本发明的一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法做进一步详细描述，如图1所示，其方法包括以下步骤：

S1、将配料和混料完成的单块电极压制成若干个电极块，其中，每2块组拼为一节，将多节组拼为单根自耗电极，将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气，其中，真空度≤7Pa，漏气率≤1.2Pa/min，充入氩气的压力≥60kPa；

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以50mm/min～130mm/min的速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，移动的距离为80mm～150mm，焊接至十字拼接缝隙位置前20mm～40mm处进行收弧，其中，焊接电流为350A～500A，焊接氩气流量≥0.6m³/h，焊接电压为40V～90V；

S3、将等离子焊枪以200mm/min以上的速度断点移动至纵向拼接缝隙下端的最远处，从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，当纵向焊接完焊缝以后，由纵向移动变为横向移动，横向移动距离为20mm～40mm，沿平行于横向拼接缝隙的方向焊接完成后进行收弧，完成“L型”焊缝的焊接；

S4、将等离子焊枪沿纵向以50mm/min～130mm/min的速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，横向移动距离为80mm～150mm，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接；

S5、在完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接以后，用同样的方法完成单根自耗电极的所有十字拼接缝隙的焊接，然后在等离子焊箱内的氩气保护下冷却20min以上并出炉，最终获得自耗电极。

下面结合具体的工艺处理过程进行说明：

实施例1：TA15钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法

S1、将配料和混料完成的单块电极压制成12个电极块，电极块形状为400mm×400mm，单重为120kg，每2块组拼为一节，共组拼6节为一根自耗电极，将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气，其中，真空度7.0Pa，漏气率1.0Pa/min，充入氩气的压力60kPa；

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以50mm/min的速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，移动的距离为80mm，焊接至十字拼接缝隙位置前20mm处进行收弧，其中，焊接电流为360A，焊接氩气流量0.6m³/h，焊接电压为40V～90V；

S3、将等离子焊枪以200mm/min以上的速度断点移动至纵向拼接缝隙下端的最远处，从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，当纵向焊接完焊缝以后，由纵向移动变为横向移动，横向移动距离为20mm，沿平行于横向拼接缝隙的方向焊接完成后进行收弧，完成“L型”焊缝的焊接；

S4、将等离子焊枪沿纵向以50mm/min的速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，横向移动距离为80mm，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接；

如图2所示，将常规贯穿型“十字焊接”方式与“L型断点焊接”焊接后的焊接效果进行对比，很明显可以看出，十字贯穿焊接有开裂现象，而“L型断点焊接”无裂缝。将“L型断点焊接”后的自耗电极装入规格为φ560mm的坩埚中进行熔炼，熔炼参数为：预真空≤2.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电流20kA～30kA，熔炼电压30V～38V，稳弧电流为5A～15A，熔炼过程中未发生掉块或掉渣现象。

实施例2：TC18钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法

S1、将配料和混料完成的单块电极压制成12个电极块，电极块形状为400mm×400mm，单重为120kg，每2块组拼为一节，共组拼6节为一根自耗电极，将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气，其中，真空度5.0Pa，漏气率0.9Pa/min，充入氩气的压力70kPa；

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以90mm/min的速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，移动的距离为100mm，焊接至十字拼接缝隙位置前30mm处进行收弧，其中，焊接电流为400A，焊接氩气流量1.0m³/h，焊接电压为40V～90V；

S3、将等离子焊枪以200mm/min以上的速度断点移动至纵向拼接缝隙下端的最远处，从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，当纵向焊接完焊缝以后，由纵向移动变为横向移动，横向移动距离为30mm，沿平行于横向拼接缝隙的方向焊接完成后进行收弧，完成“L型”焊缝的焊接；

S4、将等离子焊枪沿纵向以90mm/min的速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，横向移动距离为100mm，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接；

如图3所示，将常规贯穿型“十字焊接”方式与“L型断点焊接”焊接后的焊接效果进行对比，很明显可以看出，十字贯穿焊接有开裂现象，而“L型断点焊接”无裂缝。将“L型断点焊接”后的自耗电极装入规格为φ560mm的坩埚中进行熔炼，熔炼参数为：预真空≤2.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电流20kA～30kA，熔炼电压30V～38V，稳弧电流为5A～15A，熔炼过程中未发生掉块或掉渣现象。

实施例3：TC21钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法

S1、将配料和混料完成的单块电极压制成12个电极块，电极块形状为400mm×400mm，单重为120kg，每2块组拼为一节，共组拼6节为一根自耗电极，将单根自耗电极装入等离子焊箱中，并抽真空，然后向等离子焊箱中充入氩气，其中，真空度6.0Pa，漏气率0.9Pa/min，充入氩气的压力80kPa；

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以130mm/min的速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，移动的距离为150mm，焊接至十字拼接缝隙位置前40mm处进行收弧，其中，焊接电流为450A，焊接氩气流量1.0m³/h，焊接电压为40V～90V；

S3、将等离子焊枪以200mm/min以上的速度断点移动至纵向拼接缝隙下端的最远处，从下到上开始沿纵向拼接缝隙的焊接，当纵向焊接完焊缝以后，由纵向移动变为横向移动，横向移动距离为40mm，沿平行于横向拼接缝隙的方向焊接完成后进行收弧，完成“L型”焊缝的焊接；

S4、将等离子焊枪沿纵向以130mm/min的速度断点移动至横向拼接缝隙处，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，横向移动距离为150mm，直到将横向缝隙焊接完成，至此完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接；

如图4所示，将常规贯穿型“十字焊接”方式与“L型断点焊接”焊接后的焊接效果进行对比，很明显可以看出，十字贯穿焊接有开裂现象，而“L型断点焊接”无裂缝。将“L型断点焊接”后的自耗电极装入规格为φ560mm的坩埚中进行熔炼，熔炼参数为：预真空≤2.0Pa，漏气率≤1.0Pa/min，熔炼电流20kA～30kA，熔炼电压30V～38V，稳弧电流为5A～15A，熔炼过程中未发生掉块或掉渣现象。

本发明提出的一种用于消除钛及钛合金焊缝裂纹的焊接方法，改进了传统的“十字”型焊接方式，有效解决了背景技术中提出的问题，有效避免了十字焊缝位置出现的横向贯穿性裂纹，可以防止熔炼过程焊缝位置的掉片或掉块现象，提高了钛及钛铸锭的质量可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权力要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims

1.一种用于消除钛及钛合金自耗电极焊缝裂纹的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、调整等离子焊枪，使其位于其中一道待焊的拼接缝隙正中心的位置，随后焊枪沿横向拼接缝隙以设定速度进行横向焊接，并以此作为该待焊拼接缝隙的起弧位置，将等离子焊枪沿着自耗电极的横向拼接缝隙开始焊接，焊接至十字拼接缝隙位置前进行收弧；

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法还包括：

在完成了一道十字拼接缝隙的断点焊接以后，用同样的方法完成单根自耗电极的所有十字拼接缝隙的焊接，然后再等离子焊箱内的氩气保护下冷却20min以上并出炉，最终获得自耗电极。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤S1中真空度≤7Pa，漏气率≤1.2Pa/min，充入氩气的压力≥60kPa。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤S2中沿横向拼接缝隙移动的距离为80mm～150mm，且在横向焊接至十字拼接缝隙前20mm～40mm处进行收弧。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤S3中沿横向拼接缝隙移动的距离为20mm～40mm，纵向焊接距离为纵向拼接缝隙长度的60％。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述步骤S4中沿横向拼接缝隙移动的距离为80mm～150mm。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接速度为50mm/min～130mm/min。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述断点移动的设定速度≥200mm/min。

9.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接电流为350A～500A，焊接氩气流量≥0.6m³/h，焊接电压为40V～90V。