CN113814535A - 一种异质钛合金t型接头的焊接方法 - Google Patents

一种异质钛合金t型接头的焊接方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113814535A
CN113814535A CN202111178835.2A CN202111178835A CN113814535A CN 113814535 A CN113814535 A CN 113814535A CN 202111178835 A CN202111178835 A CN 202111178835A CN 113814535 A CN113814535 A CN 113814535A
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
laser
titanium alloy
shaped joint
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111178835.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113814535B (zh
Inventor
赵勇
蔡佰豪
付娟
陈夫刚
崔卫杰
饶志朋
谷家扬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology, Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN202111178835.2A priority Critical patent/CN113814535B/zh
Publication of CN113814535A publication Critical patent/CN113814535A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113814535B publication Critical patent/CN113814535B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：步骤一，将肋板待焊接部位加工成K型坡口，固定在焊接工装夹具上；步骤二，采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板之间的夹角，保证其处于同一平面；步骤三，设置焊接工艺参数；步骤四：预先通入保护气，进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源进行同步异向焊接，电弧周期性摆动，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气进行冷却。本发明通过激光熔覆粉末调控配置，增强焊缝内部一致性、提高焊缝强度，在熔池凝固前沿用焊丝的成分抑制裂纹。

Description

一种异质钛合金T型接头的焊接方法
技术领域
本发明涉及焊接方法，具体为一种异质钛合金T型接头的焊接方法。
背景技术
钛合金由于其高的比强度在航空航天领域得到了广泛的应用，在航空航天用钛合金零件加工制造时，根据同一部件不同部位服役环境、承受的温度和要求的力学性能的不同，异种钛合金焊接在一起的情况越来越多，这可以在不损害构件整体性能的条件下减少加工成本。由于异种钛合金成分与含量不同，相应的物理性能参数存在差异，焊接时易出现冷裂纹等缺陷，焊接难度较大。采用常规的焊接方法如氩弧焊、激光焊和电子束焊等方法，焊接变形量大，激光焊接的焊接过程易出现接头氧化，降低材料性能；同时受激光器功率的限制，能够焊接的钛合金材料厚度有限。
激光熔覆是一种具有众多优点的材料表面改性技术，它以聚焦后的激光束为热源，迅速熔化合金粉末与基材的界面，然后快速凝固，形成一层复合填料熔覆层。合金粉末的选择范围广泛，很多合金粉末都可以熔覆到基材表面；此外，激光束可自由选区且加工精度相对较高，不仅可以减少材料的消耗，提高性价比，还可以对复杂零件和难以接近的地方实现激光熔覆。但由于激光熔覆时加热和冷却速度均十分迅速，通常熔覆层内不可避免的残留有较大的拉应力，再加上熔覆粉末和基材一般为异种材料，两种材料线膨胀系数差异显著，因此裂纹等缺陷的倾向较为明显，制约了激光熔覆工艺被进一步大规模应用于工业生产。
激光电弧复合焊接主要被应用于解决间隙适应性差、成形不良以及气孔缺陷等问题，但是由于异种钛合金焊接中存在材料之间的差异性，仅仅靠现有焊丝的成分难以调节不同钛合金焊接接头元素偏析等问题，使得异种钛合金的焊接性能难以得到很大的提升。现有技术中可以通过添加双丝电弧来改善焊缝组织，但热输入也显著增加，并且对坡口装配间隙有较高要求。这些焊接技术难点限制了中厚板异种钛合金T型焊接件的推广应用。
现有的电弧在异种材料的T型结构焊接工作过程中容易产生焊接变形的问题，焊接质量有待进一步提高。对于异种钛合金的焊接，除了存在同种钛合金焊接时的问题以外，由于异种金属的化学成分、物理化学性能、以及力学性能存在较大差异，还会导致接头区域化学成分偏析、接头组织的不均匀性、相互之间发生化学反应导致脆性相的生成等，严重降低焊接接头的使用性能。对于异种钛合金的高能束焊接，由于冷却速度较快，焊缝凝固时熔池中的气体可能来不及逸出，因此形成的焊缝气孔的倾向也较大。此外，在异种钛合金的焊接过程中，焊接参数的变化范围较大，例如β钛合金相对于α、α+β钛合金来说，焊接时对气体杂质和冷却速度更为敏感，在一定程度上增加了β钛合金与其他类型钛合金焊接的难度。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种焊缝表面光洁细密、无裂纹和气孔产生的异质钛合金T型接头的焊接方法。
技术方案：本发明的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
步骤一，将肋板待焊接部位加工成K型坡口，进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
步骤二，采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板之间的夹角，保证其处于同一平面；
步骤三，设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为-5～+5mm，激光功率为2～4KW，焊接速度为0.4～0.6m/min，电流为180～240A，粉末直径为50～200μm，送粉速率为10～20g/min，保护气流量为20～30L/min；
步骤四，预先通入保护气，进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源进行同步异向焊接，电弧周期性摆动，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气进行冷却。
进一步地，步骤一中，K型坡口的钝边为2～4mm，坡口角度为30°～50°。
进一步地，步骤二中，MIG焊枪与激光束之间的夹角为25°～45°，激光束与肋板的夹角为40°～75°，同轴送粉喷嘴与激光焦平面的距离为5～15mm，MIG焊枪的摆动幅度为1～5mm。MIG焊枪的喷嘴中伸出焊丝，焊丝距工件4～6mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为3～5mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件4～6mm。焊丝的直径为1.0～1.4mm，焊丝干伸长为10～20mm。MIG焊枪的焊接方式为直流正接。
进一步地，同轴送粉式激光熔覆使用的金属粉末包括以下质量百分数的物质：5～6wt％Al，3～4wt％V，0.07～0.08wt％O，0.01～0.02wt％N，0.04～0.06wt％Fe，2.0～3.0wt％Cu，3.0～4.0wt％B，其余为Ti。金属粉末使用前在70～80℃恒温干燥10～20h。
进一步地，步骤四中，保护气为纯度99.99％的氩气。
进一步地，肋板与底板互相垂直，肋板、底板均为钛合金，厚度均为5～12mm。
工作原理：激光熔覆技术利用高能激光束作为热源，迅速熔化合金粉末与基材的界面，然后快速凝固，形成一层复合填料熔覆层，因而基体获得了其原本所不具备的特殊性能，如耐腐蚀性、耐磨性及高温强度等，这种复合涂层结合了熔覆材料和基材二者的优点，克服了二者的不足。
将激光熔覆与MIG电弧复合进行焊接的难点在于选择的熔覆粉末既要与异种钛合金的母材产生良好的结合，还要在与焊丝和两种不同的钛合金母材发生冶金反应过程中改善填充金属化学成分，提高焊接接头性能。同时对于T型焊接接头而言，控制焊接变形是最为关键的一步。采用双侧异向焊接的难点在于如何控制焊接热输入和保证焊缝精度足够高，从而在提高焊接效率和焊接质量的同时，极大的降低焊接变形量。
有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：
1、通过激光熔覆粉末的调控配置，增强焊缝内部一致性、提高焊缝强度，在后侧熔池凝固前沿利用焊丝的成分抑制裂纹，有效解决了异种钛合金焊接过程中焊丝的单一成分难以改善接头组织和元素偏析等问题；
2、同轴送粉还可以让熔覆过程实现自动化控制，在熔覆过程中可以通过调节送粉速率来调整熔覆层的厚度，同时由于激光在粉末之间的漫反射，提高了整个熔覆过程中对激光能量的吸收率；
3、T型接头两侧的焊接热源同步相反方向的焊接，一方面可以形成焊前预热、焊后缓冷的效果；另一方面可以实现焊缝完全焊透，抵消焊接变形，保证焊后尺寸精度，同时减少了碳弧气刨清根和打磨等工序，提高了焊接效率；
4、激光后侧的摆动电弧可以进一步的熔化激光熔覆过程中的多余粉末，控制焊接温度场的分布，有助于加强熔池对流，促使金属粉末与母材和焊丝填充金属发生充分的冶金反应，降低温度梯度，减小接头应力和变形，减少气孔、未熔合和裂纹等焊接缺陷，同时由于电弧的摆动，增大了焊接过程的焊丝熔覆效率，以满足在高速焊接条件下对高熔覆效率的需求，降低焊接变形，提高焊接质量。
附图说明
图1是本发明的焊接装置的结构示意图；
图2是本发明的宏观组织形貌图，其中，a：实施例1；b：实施例2；c：实施例3；d：实施例4。
图3是对比例1、对比例2制备的宏观组织形貌图，其中，a：对比例1；b：对比例2。
具体实施方式
如图1，在T型接头的钛合金肋板4一侧端部设有MIG焊枪一1，激光熔覆光束一2上装有同轴送粉喷嘴一3。在钛合金肋板4另一侧的一端设置与另一侧相同的MIG焊枪二6，激光熔覆光束二7装有同轴送粉喷嘴二5。在T型接头两侧焊缝处都装有紫铜保护气罩8、钛合金底板9。MIG焊枪一1和MIG焊枪二6的电弧主要用于熔化钛合金母材，通过添加填充金属与熔覆层发生冶金反应，使钛合金肋板4和钛合金底板9连接在一起。激光熔覆光束一2和激光熔覆光束二7主要用于熔化钛合金母材，并且通过熔覆粉末来调配填充金属成分，熔透焊接接头。由于从T型接头异侧两端同步焊接，可以大幅度提高异种钛合金T型焊的焊接效率，降低焊接接头变形，并且通过将熔覆层置于电弧之前，既可以对焊接试板有一定的预热作用，还可以改善异种钛合金焊接接头的组织偏析等问题。肋板4与底板9互相垂直，肋板4、底板9均为钛合金，厚度均为5～12mm。以下各实施例中，待焊接工件是指需要进行焊接的异种钛合金材料，选用TA18作为肋板4，选用TC4作为底板9。
实施例1
一种板厚为5mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为2mm，坡口角度为30°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为25°，激光束与肋板4的夹角为40°，送粉喷嘴距激光焦平面为5mm，焊丝距工件4mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为3mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件4mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.0mm，焊丝干伸长为10mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括5.36wt％Al，3.16wt％V，0.077wt％O，0.011wt％N，0.05wt％Fe，2.5wt％Cu，3.5wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中80℃恒温干燥10h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为-5mm，激光功率为2kW，焊接速度为0.6m/min，电流为180A，粉末直径为50μm，送粉速率为10g/min，保护气流量为20L/min，MIG焊枪的摆动幅度为1mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气20s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
实施例2
一种板厚为7mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为2mm，坡口角度为30°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为25°，激光束与肋板4的夹角为40°，送粉喷嘴距激光焦平面为5mm，焊丝距工件6mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为3mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件6mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.4mm，焊丝干伸长为20mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括5.36wt％Al，3.16wt％V，0.077wt％O，0.011wt％N，0.05wt％Fe，2.5wt％Cu，3.5wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中80℃恒温干燥10h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为0mm，激光功率为2.5kW，焊接速度为0.6m/min，电流为200A，粉末直径为100μm，送粉速率为15g/min，保护气流量为20L/min，MIG焊枪的摆动幅度为2mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气20s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
实施例3
一种板厚为12mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为4mm，坡口角度为40°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为45°，激光束与肋板4的夹角为75°，送粉喷嘴距激光焦平面为15mm，焊丝距工件5mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为5mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件5mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.2mm，焊丝干伸长为15mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括5.36wt％Al，3.16wt％V，0.077wt％O，0.011wt％N，0.05wt％Fe，2.5wt％Cu，3.5wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中80℃恒温干燥10h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为+5mm，激光功率为3kW，焊接速度为0.4m/min，电流为220A，粉末直径为150μm，送粉速率为20g/min，保护气流量为20L/min，MIG焊枪的摆动幅度为3mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气10s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
实施例4
一种板厚为12mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为4mm，坡口角度为50°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为45°，激光束与肋板4的夹角为60°，送粉喷嘴距激光焦平面为10mm，焊丝距工件5mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为4mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件4mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.2mm，焊丝干伸长为12mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括5.36wt％Al，3.16wt％V，0.077wt％O，0.011wt％N，0.05wt％Fe，2.5wt％Cu，3.5wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中80℃恒温干燥10h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为0mm，激光功率为2kW，焊接速度为0.4m/min，电流为240A，粉末直径为200μm，送粉速率为20g/min，保护气流量为30L/min，MIG焊枪的摆动幅度为mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气30s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
实施例5
一种板厚为10mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为3mm，坡口角度为35°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为35°，激光束与肋板4的夹角为50°，送粉喷嘴距激光焦平面为7mm，焊丝距工件5mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为4mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件6mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.4mm，焊丝干伸长为18mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括5wt％Al，4wt％V，0.07wt％O，0.02wt％N，0.06wt％Fe，2.0wt％Cu，4.0wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中70℃恒温干燥15h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为-3mm，激光功率为4kW，焊接速度为0.5m/min，电流为230A，粉末直径为120μm，送粉速率为14g/min，保护气流量为25L/min，MIG焊枪的摆动幅度为4mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气25s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
实施例6
一种板厚为10mm的异质钛合金T型接头的焊接方法，包括以下步骤：
(1)焊接前，将钛合金肋板4的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为3mm，坡口角度为45°，对加工后的工件两侧表面进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
(2)采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板4之间的夹角，保证其处于同一平面，MIG焊枪与激光束之间的夹角为40°，激光束与肋板4的夹角为70°，送粉喷嘴距激光焦平面为12mm，焊丝距工件6mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为5mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件5mm，焊丝采用TC4焊丝，焊丝的直径为1.0mm，焊丝干伸长为14mm，MIG焊枪的焊接方式为直流正接；
金属粉末实测化学成分按质量百分数记，包括6wt％Al，3wt％V，0.08wt％O，0.01wt％N，0.04wt％Fe，3.0wt％Cu，3.0wt％B，其余为Ti；实验前将粉末放置在真空干燥箱中75℃恒温干燥20h，熔覆前将粉末取出放入激光加工中心的送粉器粉筒中；
(3)设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为+3mm，激光功率为3.5kW，焊接速度为0.5m/min，电流为210A，粉末直径为180μm，送粉速率为18g/min，保护气流量为22L/min，MIG焊枪的摆动幅度为3mm；
(4)预先通入纯度99.99％的氩气保护气15s，启动开关进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源采用同步异向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
对比例1
以板厚为5mm的异种钛合金，采用双面激光电弧复合焊，激光与电弧热源置于肋板两侧，同步同方向焊接为例，具体步骤如下：
步骤一：焊接前，将钛合金工件的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为2mm，坡口角度为30°，并固定在焊接工装夹具上；
步骤二：采用双面激光电弧复合焊接，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整焊枪与激光束之间夹角为25°，激光束与钛合金肋板夹角为40°，光丝间距为3mm，焊丝采用TC4焊丝；
步骤三：设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为-5mm，激光功率为2KW，焊接速度为0.6m/min，电流为180A，保护气流量为20L/min，焊枪摆动幅度为1mm；
步骤四：预先通入保护气10～30s，启动开关进行T型接头的双面激光电弧复合焊接，两侧的焊接热源采用同步同向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
对比例2
以板厚为12mm的异种钛合金，采用双面激光电弧复合焊，激光与电弧热源置于肋板两侧，同步同方向焊接，电弧不摆动为例，具体步骤如下：
步骤一：焊接前，将钛合金工件的待焊接部位根据需要加工成K型坡口，钝边为4mm，坡口角度为50°，并固定在焊接工装夹具上；
步骤二：采用双面激光电弧复合焊接，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，MIG焊枪采用旁轴连接方式置于激光束后侧，调整焊枪与激光束之间夹角为45°，激光束与钛合金肋板夹角为60°，光丝间距为3mm，焊丝为TC4焊丝；
步骤三：设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为0mm，激光功率为4KW，焊接速度为0.4m/min，电流为220A，保护气流量为20L/min；
步骤四：预先通入保护气10～30s，启动开关进行T型接头的双面激光电弧复合焊接，两侧的焊接热源采用同步同向焊接方式，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气直至工件冷却至150℃以下。
试验结果见图2和图3：
实施例1和实施例2分别采用板厚为5mm和7mm的异种钛合金板材进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接。由图2a、2b可知，焊接接头冶金结合良好，没有气孔、裂纹、夹杂等缺陷，焊缝区主要由等轴晶组成。通过金属粉末与异种钛合金的熔覆，再由摆动电弧进一步的熔化和焊丝的填充，促使熔池金属冶金反应更加充分。熔覆金属粉末的成分中提高了α稳定元素Al的含量，同时降低了β稳定元素Mo、V的含量，使钛合金向双相区偏移；通过α的形核促进β形核，起到细化β晶粒的作用，同时添加微量元素，增加钛合金过冷度以细化晶粒，使得本发明的异种钛合金接头具有良好的强塑性匹配，同时减小了焊接变形和冷裂纹的出现。对比例1是采用双面激光电弧复合焊，同步且焊接方向一致，如图3a，晶粒非常粗大，缺少熔覆金属粉末元素对焊缝组织的调节造成焊缝金属出现氧化，同时由于焊接热输入较大，导致焊接变形较大，严重影响焊后尺寸精度。
实施例3和实施例4是采用板厚为12mm的TA18和TC4板材进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接。如图2c、2d，结果表明，焊接接头冶金结合良好，没有气孔、裂纹、夹杂等缺陷，焊缝区主要由等轴晶组成，焊后T型接头变形量小，能够满足异种钛合金T型接头焊接生产的技术性能要求。对比例2是采用双面激光电弧复合焊接，如图3b，焊接方向一致但电弧不摆动，为了保证焊透，必须提高焊接热输入，造成焊缝晶粒过于粗大，组织分布不均匀，存在较大的焊接残余应力，对异种钛合金T型接头的性能造成很大的影响。
综上所述，对于中厚板的异种钛合金T型接头采用双面激光熔覆复合电弧焊接，熔覆的金属粉末可以根据需要适当添加合金元素来改善焊缝组织，提高焊缝强度，后侧焊丝的填充极大提高焊接效率。通过T型接头两侧的焊接热源同步相反方向的焊接，一方面可以形成焊前预热、焊后缓冷的效果。另一方面可以实现焊缝完全焊透，抵消焊接变形，保证焊后尺寸精度。激光后侧的摆动电弧可以进一步的熔化激光熔覆过程中的多余粉末，控制焊接温度场的分布，有助于加强熔池对流，降低温度梯度，减小接头应力和变形，减少气孔、未熔合和裂纹等焊接缺陷。采用本发明方法能够满足在高速焊接条件下对高熔覆效率的需求，降低焊接变形，提高焊接质量。

Claims (10)

1.一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将肋板待焊接部位加工成K型坡口，进行打磨或清洗，固定在焊接工装夹具上；
步骤二，采用同轴送粉式激光熔覆，在T型接头两侧分别将激光作用到待焊区域，周期性摆动的MIG焊枪置于激光束后侧，调整MIG焊枪、激光束与肋板之间的夹角，保证其处于同一平面；
步骤三，设置焊接工艺参数：双侧的激光和电弧采用相同参数，激光离焦量为-5～+5mm，激光功率为2～4KW，焊接速度为0.4～0.6m/min，电流为180～240A，粉末直径为50～200μm，送粉速率为10～20g/min，保护气流量为20～30L/min；
步骤四，预先通入保护气，进行T型接头的双面激光熔覆复合电弧焊接，两侧的焊接热源进行同步异向焊接，电弧周期性摆动，实现工件单道焊接成型，焊后持续通入保护气进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述步骤一中，K型坡口的钝边为2～4mm，坡口角度为30°～50°。
3.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述步骤二中，MIG焊枪与激光束之间的夹角为25°～45°，激光束与肋板的夹角为40°～75°，同轴送粉喷嘴与激光焦平面的距离为5～15mm，MIG焊枪的摆动幅度为1～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述步骤二中，MIG焊枪的喷嘴中伸出焊丝，焊丝距工件4～6mm，激光束在待焊接部位的入射点与焊丝末端之间的间距为3～5mm，焊丝沿MIG焊枪的喷嘴伸出距工件4～6mm。
5.根据权利要求4所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述焊丝的直径为1.0～1.4mm，焊丝干伸长为10～20mm。
6.根据权利要求4所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述MIG焊枪的焊接方式为直流正接。
7.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述步骤二中，同轴送粉式激光熔覆使用的金属粉末包括以下质量百分数的物质：5～6wt％Al，3～4wt％V，0.07～0.08wt％O，0.01～0.02wt％N，0.04～0.06wt％Fe，2.0～3.0wt％Cu，3.0～4.0wt％B，其余为Ti。
8.根据权利要求7所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述金属粉末使用前在70～80℃恒温干燥10～20h。
9.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述步骤四中，保护气为纯度99.99％的氩气。
10.根据权利要求1所述的一种异质钛合金T型接头的焊接方法，其特征在于：所述肋板与底板互相垂直，所述肋板、底板均为钛合金，厚度均为5～12mm。
CN202111178835.2A 2021-10-09 2021-10-09 一种异质钛合金t型接头的焊接方法 Active CN113814535B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111178835.2A CN113814535B (zh) 2021-10-09 2021-10-09 一种异质钛合金t型接头的焊接方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111178835.2A CN113814535B (zh) 2021-10-09 2021-10-09 一种异质钛合金t型接头的焊接方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113814535A true CN113814535A (zh) 2021-12-21
CN113814535B CN113814535B (zh) 2023-04-21

Family

ID=78920046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111178835.2A Active CN113814535B (zh) 2021-10-09 2021-10-09 一种异质钛合金t型接头的焊接方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113814535B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114669881A (zh) * 2022-03-04 2022-06-28 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 适用于大厚板钛合金接头的双枪同步对称式联合焊接方法
CN115106538A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 华南理工大学 基于激光增材制造技术的钢构件高容错连接方法
CN115106544A (zh) * 2022-06-30 2022-09-27 天津大学 激光电弧和激光熔覆一体成形的送粉系统及成形装置
CN116475578A (zh) * 2023-05-24 2023-07-25 南京斯迪兰德机械科技有限公司 一种新能源汽车电池盒弧焊工艺
WO2023152014A1 (de) * 2022-02-11 2023-08-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh LASERAUFTRAGSCHWEIßVERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON BESCHICHTUNGSSCHICHTEN AUF EINANDER GEGENÜBERLIEGENDEN OBERFLÄCHEN EINES BAUTEILS
CN117798566A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 交城县天晴机械铸造有限公司 一种纵向焊缝双面焊接设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102126088A (zh) * 2011-01-13 2011-07-20 哈尔滨工业大学 厚板t型接头双面激光电弧复合焊接方法
JP2012000630A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd レーザ溶接装置
CN106553012A (zh) * 2016-12-06 2017-04-05 南京宝色股份公司 用于钛合金激光‑mig复合焊焊后保护拖罩及焊接方法
CN107570874A (zh) * 2017-06-12 2018-01-12 张家港创博金属科技有限公司 激光电弧复合焊
US20180104759A1 (en) * 2016-10-17 2018-04-19 Exxonmobil Research And Engineering Company Laser metal deposition welding process, parts formed therefrom and uses in oil, gas and petrochemical applications
CN112475540A (zh) * 2020-11-13 2021-03-12 哈尔滨工业大学 一种抑制铝合金t型接头裂纹的焊接方法
CN112518109A (zh) * 2020-12-17 2021-03-19 武汉大学 应用于异种金属复合热源焊接的高频激光脉冲方法
CN112756789A (zh) * 2021-04-12 2021-05-07 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 铝锂合金大型构件的激光-电弧复合增材制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012000630A (ja) * 2010-06-16 2012-01-05 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd レーザ溶接装置
CN102126088A (zh) * 2011-01-13 2011-07-20 哈尔滨工业大学 厚板t型接头双面激光电弧复合焊接方法
US20180104759A1 (en) * 2016-10-17 2018-04-19 Exxonmobil Research And Engineering Company Laser metal deposition welding process, parts formed therefrom and uses in oil, gas and petrochemical applications
CN106553012A (zh) * 2016-12-06 2017-04-05 南京宝色股份公司 用于钛合金激光‑mig复合焊焊后保护拖罩及焊接方法
CN107570874A (zh) * 2017-06-12 2018-01-12 张家港创博金属科技有限公司 激光电弧复合焊
CN112475540A (zh) * 2020-11-13 2021-03-12 哈尔滨工业大学 一种抑制铝合金t型接头裂纹的焊接方法
CN112518109A (zh) * 2020-12-17 2021-03-19 武汉大学 应用于异种金属复合热源焊接的高频激光脉冲方法
CN112756789A (zh) * 2021-04-12 2021-05-07 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 铝锂合金大型构件的激光-电弧复合增材制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOLONG PEI等: "A gradient Al/Ni-Cr-Al layer formed by direct current pulse metal inert gas welding combined laser cladding on AZ91D magnesium alloy", 《VACUUM》 *
禹杭: "中厚度工业纯钛TA2激光-MIG复合焊工艺研究", 《工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023152014A1 (de) * 2022-02-11 2023-08-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh LASERAUFTRAGSCHWEIßVERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON BESCHICHTUNGSSCHICHTEN AUF EINANDER GEGENÜBERLIEGENDEN OBERFLÄCHEN EINES BAUTEILS
CN114669881A (zh) * 2022-03-04 2022-06-28 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 适用于大厚板钛合金接头的双枪同步对称式联合焊接方法
CN114669881B (zh) * 2022-03-04 2024-02-20 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 适用于大厚板钛合金接头的双枪同步对称式联合焊接方法
CN115106538A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 华南理工大学 基于激光增材制造技术的钢构件高容错连接方法
CN115106538B (zh) * 2022-06-29 2023-09-12 华南理工大学 基于激光增材制造技术的钢构件高容错连接方法
CN115106544A (zh) * 2022-06-30 2022-09-27 天津大学 激光电弧和激光熔覆一体成形的送粉系统及成形装置
CN115106544B (zh) * 2022-06-30 2024-05-14 天津大学 激光电弧和激光熔覆一体成形的送粉系统及成形装置
CN116475578A (zh) * 2023-05-24 2023-07-25 南京斯迪兰德机械科技有限公司 一种新能源汽车电池盒弧焊工艺
CN116475578B (zh) * 2023-05-24 2023-11-14 南京斯迪兰德机械科技有限公司 一种新能源汽车电池盒弧焊工艺
CN117798566A (zh) * 2024-02-29 2024-04-02 交城县天晴机械铸造有限公司 一种纵向焊缝双面焊接设备
CN117798566B (zh) * 2024-02-29 2024-05-17 交城县天晴机械铸造有限公司 一种纵向焊缝双面焊接设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN113814535B (zh) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113814535B (zh) 一种异质钛合金t型接头的焊接方法
Cheng et al. Microstructures and mechanical properties of copper-stainless steel butt-welded joints by MIG-TIG double-sided arc welding
US4546230A (en) Welding process using laser beam
CN107999916B (zh) 一种异种材料的双光束激光-tig复合填丝熔钎焊方法
Chen et al. Butt welding-brazing of steel to aluminum by hybrid laser-CMT
CN106425100B (zh) 基于过渡层控制的双侧激光钛钢复合板全焊透焊接方法
CN108188582B (zh) 用于制备镁/钢异种金属的激光-电弧复合填丝焊接方法
CN102528243A (zh) 钛-铝异种合金tig电弧预热的电弧熔钎焊焊接方法
CN108907414B (zh) 一种高熔敷效率高焊接速度双钨极tig窄间隙焊接方法
CN107598340B (zh) 大厚板t型接头焊接方法
CN111673281B (zh) 一种利用三束激光进行铝/钢异种金属焊接的焊接方法
CN105397296B (zh) 一种激光沉积‑熔注同步复合连接方法
CN115229194B (zh) 高速激光熔覆增材CuNi合金实现钛钢中厚板连接方法
CN113798677B (zh) 一种双相不锈钢与钛合金的焊接方法
CN112743249A (zh) 基于基层材料电弧熔入的复合层焊缝搅拌强化方法及系统
CN114406469A (zh) 采用镍基高熵合金中间层的钢-铝合金激光焊接方法
CN111299881B (zh) 双超声辅助激光-cmt复合焊接系统及焊接方法
CN111005022B (zh) 利用三激光协同制备铍青铜铜辊表面高硬度铁基涂层的方法
CN113172339B (zh) 一种中厚板铝/钢异种金属激光填丝焊接方法
CN113798632B (zh) 一种电弧熔丝增材制造的成形方法
CN110788503B (zh) 一种45#钢/锡铅合金先进异种金属复合结构成形方法
CN115383312A (zh) 一种薄板角焊缝的大光斑激光和电阻热丝复合焊接方法
CN113172306A (zh) 一种中空电极送丝电弧增材制造系统及方法
CN116727864B (zh) 一种压铸铝合金电池包托盘的复合焊接工艺
CN115229290B (zh) 一种超厚无氧铜大尺寸工件的焊接方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant