CN113042854B

CN113042854B - 一种钛合金管件焊接方法

Info

Publication number: CN113042854B
Application number: CN202110497201.7A
Authority: CN
Inventors: 金鑫; 赵宾; 刘北川; 周猛; 宋力; 王向阳; 赵坤; 谢金铭; 王建全; 李永川
Original assignee: Zhengzhou Yutong Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-10-25
Anticipated expiration: 2041-05-07
Also published as: CN113042854A

Abstract

本发明涉及一种钛合金管件焊接方法，对于两端均为焊接端的管件来讲，在焊接第一焊接端时，第一充气孔和第二焊接端处于封堵状态，经第二充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第一焊接端起弧焊接；在焊接第二焊接端时，第二充气孔和第一焊接端处于封堵状态，经第一充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第二焊接端起弧焊接。不仅利用了管件本身作为密封腔体，可以通过通入惰性气体以营造一个良好的保护氛围，不需要再另外设置箱体或罩体等结构，还将充气孔布置在尽可能远离焊接端的位置处，进而有效降低气流波动对焊接的影响。

Description

一种钛合金管件焊接方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金管件焊接方法。

背景技术

一些特种机动载运装备为需要跨车、船两界的机械装置，在陆地行驶时具备混合动力车辆的特性，在水上航行时具备船的特性。水上和陆地均实现高航速和高机动性，将是该类特种机动载运装备的发展趋势。

在陆地行驶时，车体骨架要满足受力较大的要求，在水上航行时，又对整车轻量化提出了较高的要求，这就对车体构型及材料提出较高要求，目前此类水路机动载运装备，车体主要为大梁式结构，且大多采用钢材或者铝合金，但是这种结构轻量化水平不高。

在申请公布号为CN109945744A的中国发明专利申请中公开了一种桁架式钛合金车体，其包括车体骨架、车身蒙皮等，其中，车体骨架为钛合金型材，车体骨架由钛合金管件焊接而成，以满足车体强度高、轻量化水平高的要求。

但是，钛合金化学性质活泼，在焊接过程中，焊缝正反两面高温区域的金属极容易与空气中的氮、氧、氢等发生化学反应，降低焊缝区域的力学性能。目前，主要通过两种方式提高焊接质量：一种是在真空环境下焊接；另一种则是增加气体保护托罩的方式实现保护。在真空环境下焊接，需要真空室及抽真空系统，焊接成本较高。目前，普遍采用增加气体保护托罩的方式实现保护，例如在授权公告号为CN207464520U的中国实用新型专利中公开的钛合金特种车辆焊接保护装置，其配置有相应的正面托罩，形成对焊缝区域的防护。

但是上述正面托罩尺寸相对较大，在焊接钛合金管件的四周焊缝时应用较为不便，保护效果较差，因此，有必要针对钛合金管件设计相应的焊接方法，解决钛合金管件焊接保护的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金管件焊接方法，以解决钛合金管件焊接过程中的焊缝保护的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的钛合金管件焊接方法的技术方案是：一种钛合金管件焊接方法，在两端均为焊接端的管件上设置两个充气孔，两焊接端为第一焊接端和第二焊接端，两充气孔为第一充气孔和第二充气孔，两充气孔一一对应地靠近两焊接端布置，以使第一充气孔远离所述第二焊接端布置，使第二充气孔远离第一焊接端布置；

在焊接第一焊接端时，第一充气孔和第二焊接端处于封堵状态，经第二充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第一焊接端起弧焊接；

在焊接第二焊接端时，第二充气孔和第一焊接端处于封堵状态，经第一充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第二焊接端起弧焊接。

有益效果是：在本发明所提供的钛合金管件焊接方法中，在进行焊接时，当针对第一焊接端进行焊接时，先将第一充气孔封堵，并将第二焊接端也封堵，此时，经第二充气孔进入的惰性气体会将管腔内部的空气排出，然后再进行焊接时，避免焊接背面存在空气而出现不利于的化学反应，从而可保证焊接质量。并且，由于第二充气孔距离第一焊接端尽可能的远一些，这样可以尽可能的保证第一焊接端附近的氩气气流极为平稳，使得第一焊接端内侧形成一种较为稳定的动态平衡，有效降低波动给焊接质量带来的影响。相同的，在对第二焊接端焊接时也如此操作，即可有效保证焊接质量。另外，不仅利用了管件本身作为密封腔体，可以通过通入惰性气体以营造一个良好的保护氛围，不需要再另外设置箱体或罩体等结构，而且，还将充气孔布置在尽可能远离焊接端的位置处，进而有效降低气流波动对焊接的影响。

作为进一步地改进，所述第一充气孔和第二充气孔位于所述管件的同一侧。

有益效果是：在同一侧设置在两充气孔，方便接管导气。

作为进一步地改进，在对相应焊接端进行焊接前，通过相应充气孔预先充气30秒以上。

有益效果是：充入足够量的惰性气体，可有效保证防护效果。

作为进一步地改进，在相应焊接端焊接完成后，继续充气延迟保护15秒以上。

有益效果是：在焊接完成后，延迟一定时间继续保护，形成对刚刚焊接完成时温度较高的焊接部位的有效防护。

作为进一步地改进，在对两焊接端进行焊接之前，对管件两端部进行坡口加工，焊接面去氧化皮处理，然后采用TIG焊点焊固定，将管件固定在焊接位置。

作为进一步地改进，采用手工氩弧焊对管件两焊接端进行焊接操作。

作为进一步地改进，所述第一充气孔与第一焊接端的端面的距离为80mm-120mm，第一充气孔的孔径为6mm-10mm；所述第二充气孔与第二焊接端的端面的距离为80mm-120mm，第二充气孔的孔径为6mm-10mm。

本发明所提供的钛合金管件焊接方法的技术方案是：一种钛合金管件焊接方法，对于一端为焊接端、另一端为非焊接端的管件，在管件上于非焊接端的端面上或靠近所述非焊接端设置充气孔，使所述充气孔远离所述焊接端布置；

在焊接所述管件的焊接端时，使非焊接端处于封堵状态，经充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对相应焊接端起弧焊接。

有益效果是：在本发明所提供的钛合金管件焊接方法中，在进行焊接时，当针对焊接端进行焊接时，使非焊接端也封堵，此时，经充气孔进入的惰性气体会将管腔内部的空气排出，然后再进行焊接时，避免焊接背面存在空气而出现不利于的化学反应，从而可保证焊接质量。这样一来，不仅利用了管件本身作为密封腔体，可以通过通入惰性气体以营造一个良好的保护氛围，不需要再另外设置箱体或罩体等结构，而且，还将充气孔布置在尽可能远离焊接端的位置处，进而有效降低气流波动对焊接的影响。

作为进一步地改进，在对相应焊接端进行焊接前，通过相应充气孔预先充气30秒以上，在相应焊接端焊接完成后，继续充气延迟保护15秒以上。

有益效果是：充入足够量的惰性气体，可有效保证防护效果。在焊接完成后，延迟一定时间继续保护，形成对刚刚焊接完成时温度较高的焊接部位的有效防护。

作为进一步地改进，在靠近所述非焊接端设置所述充气孔时，充气孔位于所述管件的周向侧面上，所述充气孔与非焊接端的端面的距离为80mm-120mm，充气孔的孔径为6mm-10mm。

附图说明

图1为使用本发明所提供的钛合金管件焊接方法焊接形成的部分车体结构示意图;

图2为图1的主视图。

附图标记说明：

1、第一焊接端；2、第一充气孔；3、第二充气孔；4、第二焊接端；5、搭接间隙；6、坡口；7、管件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的钛合金管件焊接方法的具体实施例1：

本实施例中的焊接方法应用在桁架式钛合金车体焊接上时，主要包括如下步骤：

（1）材料准备

按照车体设计尺寸要求对钛合金管件切割下料，并对加工后的管件7的端部进行打磨并开30°到45°的坡口6，即进行坡口加工，在管件轴向长度方向上，在靠近管件7两焊接端位置处分别设置第一充气孔2和第二充气孔3，如图1和图2所示，即第一充气孔2距离第一焊接端的端面的距离为100㎜，第二充气孔3距离第二焊接端的端面的距离为100㎜，两充气孔一一对应地靠近两焊接端布置，以使第一充气孔2远离第二焊接端4布置，使第二充气孔3远离第一焊接端1布置，两充气孔均为直径为8㎜的充气圆孔。

并按照手动氩弧焊的方式，准备所需的无水丙酮、钛合金焊丝、气源、导流软管及氩弧焊焊接等材料。

将准备好的管件，在焊接前10min用无水丙酮擦洗焊接表面，去除表面灰尘等杂质。

（2）装配及点焊固定

将相应待焊接的管件7装夹固定，在管件7两焊接端的搭接处预留0.5㎜到1㎜的搭接间隙5，采用TIG焊点焊固定，点焊电流为85A左右。

（3）手动氩弧焊焊接

在焊接时，此处的第一焊接端1为下端，在先焊接第一焊接端1时，使第一充气孔2和第二焊接端4处于封堵状态，可采用胶带将第一充气孔2封堵，利用胶带或布胶实现对第二焊接端4的封堵操作，避免漏气，利用导流软管将氩气通过第二充气孔3充入管件内部，充气30秒以上，目的是将管件内部的空气排出，空气可经第一焊接端1处的缝隙排走。

这样一来，点焊固定好的管件在氩气保护条件下，根据管件焊接厚度设置焊接工艺参数，进行相应焊接操作。具体焊接时，可先进行打底焊接，然后再进行盖面焊接处理，所有焊接动作完成后均需要继续提供氩气，以延迟保护15秒以上。

在焊接完下端后，可以继续焊接上端，即对第二焊接端4进行焊接处理，其操作方式与第一焊接端1的焊接类似，使第二充气孔3和第一焊接焊接端处于封堵状态，可以采用胶带或布胶的方式实现封堵，利用导流软管将氩气通过第一充气孔2充入管件内部，进行类似于在焊接第一焊接端1处的操作即可。

上述氩弧焊焊接参数：打底焊接或盖面焊接时电流可以控制在70-80A之间，焊接速度控制在200㎜/min-500㎜/min。

（4）热处理矫形

桁架车体分断开展焊接，在小段焊接完成后，进行自然冷却，然后进行热处理矫形即可。

在进行热处理时，加热温度T_m=500-600℃，升温时间t_升=1.5-2h，保温时间t_m=2.0-2.5h，冷却至200℃以下出炉。

在步骤（3）中，第一充气孔2和第二充气孔3位于相应管件的同一侧，方便在一侧连接导流软管。

本实施例所提供的钛合金管件焊接方法中，在手工进行氩弧焊时，当针对第一焊接端1进行封堵时，先将第一充气孔封堵，并将第二焊接端4也封堵，此时，经第二充气孔进入的氩气会将管腔内部的空气排出，然后再进行焊接时，避免焊接背面存在空气而出现不利于的化学反应，从而可保证焊接质量。并且，由于第二充气孔距离第一焊接端1尽可能的远一些，这样可以尽可能的保证第一焊接端1附近的氩气气流极为平稳，使得第一焊接端1内侧形成一种较为稳定的动态平衡，有效降低波动给焊接质量带来的影响。

需要说明的是，具体焊接施工顺序可根据实际需要布置，可以先焊接第一焊接端，再焊接第二焊接端，也可以先焊接第二焊接端，再焊接第一焊接端。

实际上，根据管件长度不同及充气量多少，第一充气孔与第一焊接端的端面的距离为80mm-120mm，第一充气孔的孔径为6mm-10mm；第二充气孔与第二焊接端的端面的距离为80mm-120mm，第二充气孔的孔径为6mm-10mm。

当然，本实施例中所提供的钛合金管件焊接方法不仅可应用于手工氩弧焊，还可应用于其他焊接形式。

实际上，在本实施例中，不仅利用了管件本身作为密封腔体，可以通过通入氩气以营造一个良好的保护氛围，不需要再另外设置箱体或罩体等结构，而且，还将充气孔布置在尽可能远离焊接端的位置处，进而有效降低气流波动对焊接的影响。

本实施例所提供的钛合金管件焊接方法在应用于桁架式钛合金车体上时，可在正常车间环境下提升焊接质量，提升效率，保证车体焊接的强度和精度。同时，对于海洋工程、舰船、航空航天、兵器装备、石油化工等领域钛合金结构的设计制造意义重大。

本发明所提供的钛合金管件焊接方法的具体实施例2：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，第一充气孔和第二充气孔位于管件的同一侧。在其他实施例中，考虑到焊接姿态，也可将两充气孔设置在管件的不同侧，只要使两充气孔尽可能靠近两焊接端即可。

本发明所提供的钛合金管件焊接方法的具体实施例3：

其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，充入的惰性气体选择氩气。在本实施例中，也可选择充入其他类型的惰性气体，只要不影响正常焊接即可。

本发明所提供的钛合金管件焊接方法的具体实施例4：

其与实施例1的区别在于：实施例1中，管件的两端均为焊接端，需要对两端进行先后焊接操作。在本实施例中，仅管件一端为焊接端，对应地，另一端为非焊接端，非焊接端具体可以采用法兰连接的方式与相应构件固定连接，此时，可参考下述方式焊接：

对于一端为焊接端、另一端为非焊接端的管件，在管件上于靠近非焊接端设置充气孔，使充气孔远离所述焊接端布置。

在焊接管件的焊接端时，使非焊接端处于封堵状态，经充气孔向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对相应焊接端起弧焊接。

当然，为保证惰性气体的有效防护，在焊接前要预先充入一定时间，而在焊接后，要延迟保护一定时间，这与实施例1中的内容相同，在此不再赘述。

同样的，在靠近非焊接端设置充气孔时，充气孔位于管件的周向侧面上，充气孔与非焊接端的端面的距离为80mm-120mm，充气孔的孔径为6mm-10mm。

在本实施例中，非焊接端开放，并在靠近非焊接端的管件侧面上设置充气孔，此时，可采用胶带等方式封堵非焊接端。

而当非焊接端本身预先采用封堵板封堵时，可以进在非焊接端的端面上设置充气孔，此时，充气孔距离焊接端的距离最远，同样可以利用管材自身的长度实现基于动态平衡下的充气防护，提高保护效果。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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

1.一种钛合金管件焊接方法，其特征在于，

在两端均为焊接端的管件（7）上设置两个充气孔，两焊接端为第一焊接端（1）和第二焊接端（4），两充气孔为第一充气孔（2）和第二充气孔（3），两充气孔一一对应地靠近两焊接端布置，以使第一充气孔（2）远离所述第二焊接端（4）布置，使第二充气孔（3）远离第一焊接端（1）布置；

在焊接第一焊接端（1）时，第一充气孔（2）和第二焊接端（4）处于封堵状态，经第二充气孔（3）向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第一焊接端（1）起弧焊接；

在焊接第二焊接端（4）时，第二充气孔（3）和第一焊接端（1）处于封堵状态，经第一充气孔（2）向管件内腔充入惰性气体，用于将管件内腔中的空气排出，在排出空气后，开始对第二焊接端（4）起弧焊接。

2.根据权利要求1所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，所述第一充气孔（2）和第二充气孔（3）位于所述管件的同一侧。

3.根据权利要求1或2所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，在对相应焊接端进行焊接前，通过相应充气孔预先充气30秒以上。

4.根据权利要求1或2所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，在相应焊接端焊接完成后，继续充气延迟保护15秒以上。

5.根据权利要求1或2所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，在对两焊接端进行焊接之前，对管件两端部进行坡口加工，焊接面去氧化皮处理，然后采用TIG焊点焊固定，将管件固定在焊接位置。

6.根据权利要求1或2所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，采用手工氩弧焊对管件两焊接端进行焊接操作。

7.根据权利要求1或2所述的钛合金管件焊接方法，其特征在于，所述第一充气孔（2）与第一焊接端（1）的端面的距离为80mm-120mm，第一充气孔（2）的孔径为6mm-10mm；所述第二充气孔（3）与第二焊接端（4）的端面的距离为80mm-120mm，第二充气孔（3）的孔径为6mm-10mm。