CN112658440B - 一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，步骤为：S1、焊前处理：坡口加工；钳修；化学清洗；焊丝清洁；S2、焊接准备：准备变径接管嘴、气体接管和保护气输送软管；将气体接管与其中一个零件管材和保护气输送软管连接；将变径接管嘴与另一个零件管材连接；将两个零件管材放入固定工装上并调节对接间隙及对正尺寸；S3、焊接：选择双面保护气体的手工氩弧焊；通入高纯度的氩气，使零件管材内气压维持在0.1‑0.14MPa的状态，同时在固定工装通入高纯度的氩气；进行锁底自溶焊接；进行坡口区域填丝焊接；S4、焊接检验，本发明通过控制氩气流速增大管内压力使焊缝达到背部余高接近于0mm，得到焊缝质量满足要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其是涉及一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法。
背景技术
钛及钛合金因为具有较多的优点，所以在我国的航空航天、化工、冶金及造船等领域中应用较为广泛。钛及钛合金焊接是设备制造过程中重要的环节，焊接质量直接关系到钛制设备的应用性能，为了保证焊接质量，需要熟练了解钛及钛合金的焊接特性，并且对焊接工艺有详细的了解，从而在焊接的过程中，做好充分的准备工作，并且加强焊接工艺质量监督，确保钛制设备的焊接质量。钛及钛合金具有特定的物理和化学性能，所以掌握相关的性能，对提高焊接质量具有重要意义。焊接方法较多，所以应该综合各方面因素考虑，选择最佳的焊接方法，严格按照焊接工艺操作，避免焊接缺陷的产生，提高钛制设备整体结构的稳定性。
钛合金小直径管材零件在载人航天中得到大范围使用，对焊接背部余高要求极高，背部余高会影响管道内部流体流速及流量降低，降低工作效率，所以消除背部余高是此类型零件焊接工序的首要任务。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，通过控制流速增大管内氩气压力从而达到背部余高接近于0mm，得到焊缝质量满足QJ1666A-2011的标准I级焊缝要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，包括以下步骤：
S1、焊前处理：
S11、坡口加工，采用车削加工方式将待焊接零件管材的端部加工出Y型坡口；
S12、钳修，使用砂带机或白钢刀去除切割毛刺；
S13、化学清洗，采用酸洗或碱洗的方式去除坡口及附近20mm范围内外表面的氧化膜，并用酒精或丙酮清洁表面残留的酸碱和油污；
S14、焊丝清洁，使用棉质布料蘸无水乙醇对焊丝进行擦拭；
S2、焊接准备：
S21、焊接室温度为20-25℃，相对湿度为≤70℃，准备一个变径接管嘴、一个气体接管和两根保护气输送软管；
S22、将气体接管的一端与其中一个待焊接零件管材的非坡口端连接，气体接管的另一端与其中一根保护气输送软管连接；
S23、将变径接管嘴与其中另一个待焊接零件管材的非坡口端连接；
S24、将分别连接变径接管嘴和气体接管的两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙及对正尺寸；
S3、焊接：
S31、焊接方式选择双面保护气体的手工氩弧焊；
S32、通过其中一根保护气输送软管在气体接管处通入高纯度的氩气，使待焊接零件管材内气压维持在0.1-0.14MPa的状态，同时通过另一根保护气输送软管在固定工装通入高纯度的氩气；
S33、进行锁底自溶焊接，焊接电流为60-65A，在S32步骤中的氩气压力的作用下，使金属液体沿管壁流淌，最终形成紧贴于管壁的背部保护层；
S34、进行坡口区域填丝焊接，焊炬与待焊接零件管材保持75-85°夹角，焊丝和待焊接零件管材保持10-15°的夹角焊接，保证焊缝质量；
S4、焊接检验：焊缝宽度每边不超过坡口边缘2mm，焊缝背部余高0-0.2mm。
进一步的，所述待焊接零件管材的直径为2-20mm，厚度为2-4mm。
进一步的，所述S11中，焊接零件管材的厚度为2mm，Y型坡口尺寸为1.5mm*1.5mm*45°。
进一步的，所述S21中，两个待焊接零件管材均为TC4管材，且内径均为φ4mm，外径均为φ8mm，气体接管和变径接管嘴均为不锈钢管材，气体接管的内外径与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的大径段与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的小径段的内径为φ2mm，外径为φ6mm，保护气输送软管外径为φ4mm。
进一步的，所述S24中，两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙不大于0.3mm，对正尺寸为壁厚相同的两待焊接管材的内壁平齐，对口错边量不超过管材壁厚的0.15倍。
进一步的，在气体接管与其中一个待焊接零件管材连接处、气体接管与保护气输送软管连接处及变径接管嘴与另一个待焊接零件管材连接处均使用美纹纸进行密封。
进一步的，所述S32中，在气体接管处通入纯度为99.99％的氩气，流速为8-10L/min，保持2分钟，使管内气压维持在0.1-0.14MPa的状态。
进一步的，所述方法所使用固定工装包括底座基体，在底座基体上开设有弧形定位槽，在底座基体内部，正对弧形定位槽下方设有盲孔，且在弧形定位槽底部均匀设有若干与盲孔连通的气孔，所述弧形定位槽用于容纳定位两待焊接零件管材，在盲孔内通入焊接用保护气。
进一步的，若干气孔布置在弧形定位槽的底部的中心处。
进一步的，所述底座基体的材质为不锈钢。
相对于现有技术，本发明所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法具有以下优势：
本方法通过控制流速增大管内氩气压力从而达到背部余高接近于0mm，得到焊缝质量满足QJ1666A-2011的标准I级焊缝要求，管体内部流体流速及流量高，工作效率高。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为焊接准备图；
图2为待焊接管材安装在固定工装上的示意图；
图3固定工装的示意图；
图4为利用本发明的方法得到的对接焊缝实物图。
附图标记说明：
1-待焊接管材，2-气体接管，3-变径接管嘴，4-底座基体，5-弧形定位槽，6-盲孔，7-气孔，8-Y型坡口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图3所示，对两个待焊接管材1均为TC4管材，且内径均为φ4mm，外径均为φ8mm进行焊接，消除背部余高的方法，包括以下步骤：
S1、焊前处理：
S11、坡口加工，采用车削加工方式将待焊接零件管材的端部加工出Y型坡口8，Y型坡口尺寸为1.5mm*1.5mm*45°；
S12、钳修，使用砂带机或白钢刀去除切割毛刺；
S13、化学清洗，采用酸洗或碱洗的方式去除坡口及附近20mm范围内外表面的氧化膜，并用酒精或丙酮清洁表面残留的酸碱和油污；
S14、焊丝清洁，使用棉质布料蘸无水乙醇对焊丝进行擦拭；
S2、焊接准备：
S21、焊接室温度为20-25℃，相对湿度为≤70℃，准备一个变径接管嘴、一个气体接管和两根保护气输送软管；气体接管和变径接管嘴均为不锈钢管材，气体接管的内外径与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的大径段与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的小径段的内径为φ2mm，外径为φ6mm，保护气输送软管外径为φ4mm；
S22、将气体接管的一端与其中一个待焊接零件管材的非坡口端连接，气体接管的另一端与其中一根保护气输送软管连接；
S23、将变径接管嘴3与其中另一个待焊接零件管材的非坡口端连接；在气体接管2与其中一个待焊接零件管材连接处、气体接管与保护气输送软管连接处及变径接管嘴3与另一个待焊接零件管材连接处均使用美纹纸进行密封；
S24、将分别连接变径接管嘴3和气体接管2的两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙及对正尺寸，具体为两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙不大于0.3mm，对正尺寸为壁厚相同的两待焊接零件管材的内壁平齐，对口错边量不超过管材壁厚的0.15倍；
S3、焊接：
S31、焊接方式选择双面保护气体的手工氩弧焊；
S32、通过其中一根保护气输送软管在气体接管处通入高纯度的氩气，流速为10L/min，保持2分钟，使管内气压维持在0.1-0.14MPa的状态，同时通过另一根保护气输送软管在固定工装焊接处通入高纯度的氩气，流速也为10L/min；
S33、进行锁底自溶焊接，焊接电流为60-65A，在S32步骤中的氩气压力的作用下，使金属液体沿管壁流淌，最终形成紧贴于管壁的背部保护层；
S34、进行坡口区域填丝焊接，焊炬与待焊接零件管材保持75-85°夹角，焊丝和待焊接零件管材保持10-15°的夹角焊接，保证焊缝质量；
S4、焊接检验：焊缝宽度每边不超过坡口边缘2mm，焊缝背部余高基本与管壁持平，局部高于管壁0.2mm。
所述方法所使用固定工装包括底座基体4，在底座基体4上开设有弧形定位槽5，在底座基体4内部，正对弧形定位槽下方设有盲孔6，且在弧形定位槽底部均匀设有若干与盲孔连通的气孔7，所述弧形定位槽5用于容纳定位两待焊接零件管材1，在盲孔6内通入焊接用保护气。若干气孔布置在弧形定位槽的底部的中心处。所述底座基体的材质为不锈钢。固定工装起到定位待焊接零件管材，提供焊接保护气及散热的作用。并对两待焊接管材起到很好的定位作用。
根据此方法得到的对接焊缝实物金相照片如图4所示，焊缝背部余高基本与管壁持平，局部高于管壁0.2mm，实物通过X光射线检测、力学检测均满足标准QJ1666A-2011和I级焊缝要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、焊前处理：
S11、坡口加工，采用车削加工方式将待焊接零件管材的端部加工出Y型坡口；
S12、钳修，使用砂带机或白钢刀去除切割毛刺；
S13、化学清洗，采用酸洗或碱洗的方式去除坡口及附近20mm范围内外表面的氧化膜，并用酒精或丙酮清洁表面残留的酸碱和油污；
S14、焊丝清洁，使用棉质布料蘸无水乙醇对焊丝进行擦拭；
S2、焊接准备：
S21、焊接室温度为20-25℃，相对湿度为≤70℃，准备一个变径接管嘴、一个气体接管和两根保护气输送软管；
S22、将气体接管的一端与其中一个待焊接零件管材的非坡口端连接，气体接管的另一端与其中一根保护气输送软管连接；
S23、将变径接管嘴与其中另一个待焊接零件管材的非坡口端连接；
S24、将分别连接变径接管嘴和气体接管的两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙及对正尺寸；
S3、焊接：
S31、焊接方式选择双面保护气体的手工氩弧焊；
S32、通过其中一根保护气输送软管在气体接管处通入高纯度的氩气，使零件管材内气压维持在0.1-0.14MPa的状态，同时通过另一根保护气输送软管在固定工装通入高纯度的氩气；
S33、进行锁底自溶焊接，焊接电流为60-65A，在S32步骤中的氩气压力的作用下，使金属液体沿管壁流淌，最终形成紧贴于管壁的背部保护层；
S34、进行坡口区域填丝焊接，焊炬与待焊接零件管材保持75-85°夹角，焊丝和待焊接零件管材保持10-15°的夹角焊接，保证焊缝质量；
S4、焊接检验：焊缝宽度每边不超过坡口边缘2mm，焊缝背部余高0-0.2mm。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述待焊接零件管材的直径为4-20mm，厚度为2-4mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述S11中，焊接零件管材的厚度为2mm，Y型坡口尺寸为1.5mm*1.5mm*45°。
4.根据权利要求2所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述S21中，两个待焊接零件管材均为TC4管材，且内径均为φ4mm，外径均为φ8mm，气体接管和变径接管嘴均为不锈钢管材，气体接管的内外径与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的大径段与待焊接零件管材的内外径相同，变径接管嘴的小径段的内径为φ2mm，外径为φ6mm，保护气输送软管外径为φ4mm。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述S24中，两个待焊接零件管材放入固定工装上并调节对接间隙不大于0.3mm，对正尺寸为壁厚相同的两待焊接零件管材的内壁平齐，对口错边量不超过管材壁厚的0.15倍。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：在气体接管与其中一个待焊接零件管材连接处、气体接管与保护气输送软管连接处及变径接管嘴与另一个待焊接零件管材连接处均使用美纹纸进行密封。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述S32中，在气体接管处通入纯度为99.99％的氩气，流速为8-10L/min，保持2分钟，使管内气压维持在0.1-0.14MPa的状态。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述方法所使用固定工装包括底座基体，在底座基体上开设有弧形定位槽，在底座基体内部，正对弧形定位槽下方设有盲孔，且在弧形定位槽底部均匀设有若干与盲孔连通的气孔，所述弧形定位槽用于容纳定位两待焊接零件管材，在盲孔内通入焊接用保护气。
9.根据权利要求8所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：若干气孔布置在弧形定位槽的底部的中心处。
10.根据权利要求8所述的一种钛合金小直径管材焊接消除背部余高的方法，其特征在于：所述底座基体的材质为不锈钢。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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