CN115302049A - 一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温合金焊接领域,特别涉及一种高温合金超薄板的低热输入冷焊工艺方法,利用新型精密脉冲冷焊电源,精确控制每个焊点的焊接电流和焊接脉冲宽度,保证单个焊点在低热输入下焊透,同时通过脉冲间隔与走行装置走行速度的配合使多个焊点相互搭接连成一条焊缝,可以避免传统连续焊接时的热量累积效应。既能降低热输入,又能保证基体达到冶金结合从而实现高温合金对接焊,且具有焊后母材变形小,焊缝不发黑,对母材伤害小等特点。本发明能够解决现有高温合金超薄板对接焊技术中存在的焊接过程控制难、焊接质量不稳定,高热输入时高温合金易产生热裂纹、变形大、烧穿等问题,且装备设置简单操作灵活、价格成本低。

Description

一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺
技术领域
本发明涉及高温合金焊接技术领域,具体而言是一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺。
背景技术
高温合金材料是航空航天领域的战略军事物资,具有抗氧化、耐腐蚀等优点,可在较大复杂载荷下长期可靠工作,其主要被用于现代航空和航天发动机热端部件的制造,如发动机燃烧室火焰筒、导向叶片及尾喷管等高温部件。针对当前大推重比需求,薄壁结构已被广泛的研究/应用于发动机的设计/制造,基于此,高温合金超薄板的焊接问题也成为实现发动机轻量化亟需解决的关键问题。
在板材焊接尤其在薄板焊接中,接头成型及性能主要受热输入控制。薄板接头成形尤其是对接接头成形对热输入极其敏感,一旦热量过大,会造成接头的烧穿、凹陷、大变形等一系列问题。接头性能方面,高温合金主要应用于高温领域,需保证极高的热强性,因此,高温合金本身需要大量的合金元素以实现高温的强化效果,而在常用的沉淀硬化高温合金中,金属也主要依靠析出的大量第二相(如γ')保证高温下的强度。然而,采用传统的熔化焊接方法,接头在重熔、冷却过程中极易造成合金元素的偏析,导致热裂纹,而大热输入下第二相的长大也直接导致高温合金热强性的降低。因此,如何降低焊接热输入,从方法原理上实现高温合金超薄板高质量焊接仍是当前航空航天制造领域亟需解决的关键问题。
在常用的熔焊方法中,电弧焊由于其较高的焊接适应性,仍是当前效率最高的焊接方法。采用传统电弧焊(MIG、TIG等)焊接超薄板时,由电弧不间断燃烧产生的热累积效应使后续焊缝的熔深、熔宽和变形都逐渐增大,甚至发生烧穿。减小焊接电流是降低热输入的有效方法,但传统焊接电源当电流减小到一定程度,尤其电流在10A以下时,电弧不稳,难以保证焊接质量。
发明内容
根据现有技术中存在焊接过程控制难,焊接质量不稳定,高热输入时高温合金易产生的热裂纹、变形大、烧穿等问题技术问题,本发明提供一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺。本发明主要利用冷焊工艺在降低焊接电流(降低焊接热输入)的同时可以保证电弧的稳定性,能够实现高温合金的高效、高质焊接。冷焊工艺利用新型精密脉冲冷焊电源,精确控制每个焊点的焊接电流和焊接脉冲宽度,保证单个焊点在低热输入下焊透,同时通过脉冲间隔与走行装置走行速度的配合使多个焊点相互搭接连成一条焊缝,可以避免传统连续焊接时的热量累积效应。既能降低热输入,又能保证基体达到冶金结合从而实现高温合金对接焊,且具有焊后母材变形小,焊缝不发黑,对母材伤害小等特点。
本发明采用的技术手段如下:
一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,采用冷焊焊接装置,且冷焊焊接装置采用脉冲冷焊电源,包括如下步骤:
S1、根据高温合金超薄板的厚度,确定冷焊焊接装置的焊枪所用钨极的尺寸和尖端角度;
S2、根据两块高温合金超薄板的厚度,确定钨极到高温合金超薄板的距离;
S3、焊接前,对高温合金超薄板的焊边进行预处理,去除杂质;
S4、将两块高温合金超薄板对接在一起;
S5、对焊枪进行定位,调整钨极与高温合金超薄板之间的距离,使其满足S2所确定的距离,且使焊枪和钨极与两块高温合金超薄板的对缝保持在同一条线上;
S6、根据高温合金超薄板的规格调整冷焊焊接装置的焊接工艺参数,保证单个焊点在低热输入下焊透;
S7、同时向焊缝正面吹高纯度惰性气体进行保护,启动冷焊焊接装置,焊枪按照冷焊焊接装置的走行装置所预先设定的程序自动完成高温合金超薄板的对焊接,多个焊点形成焊缝。
优选地,所述高温合金超薄板的厚度小于0.5mm。
优选地,对高温合金超薄板的焊边进行预处理,去除杂质的具体工艺为:对焊边进行打磨处理,使焊边材料露出金属光泽,去除材料表面的氧化膜,之后对焊边进行清洗去除表面存在的油脂、粉尘;采用的清洗溶剂为丙酮或石油醚。
优选地,冷焊焊接装置的焊接工艺参数为:电流3~12A,脉冲间隔20~50ms,脉宽30~60ms,焊接速度500~1000mm/min,氩气流量3~5L/min。
优选地,焊枪钨极与高温合金超薄板之间的距离为0.5~0.8mm。
优选地,焊枪钨极尖端角度为25°~30°。
优选地,步骤S4中,采用夹具装置固定两块高温合金超薄板,使其完全对接在一起。
优选地,夹具装置包括两个上垫板和两个下垫板,其中一个上垫板和一个下垫板将其中一个高温合金超薄板夹持在中间,另外一个上垫板和另外一个下垫板将另外一个高温合金超薄板夹持在中间;且上垫板与对缝之间的水平距离为1~2mm。
优选地,步骤S7中,焊枪和钨极按照冷焊焊接装置及其走行装置所预先设定的程序自动完成高温合金超薄板焊接。
较现有技术相比,本发明具有以下优点:
1、本发明扩展了高温合金超薄板的应用领域,实现低热输入超薄板对接焊,且焊接装置设备简单,操作方便,控制精确。
2、通过精确控制焊接参数,精准控制单独焊点热输入量,且每个焊点独立完成,脉冲电弧不产生热积累,熔池冷却速度快高温停留时间短,从而控制了下一个点的热输入,这有利于缩小热影响区和减小焊接变形,因此非常适合超薄板对接焊。
3、当电流较小时,精密脉冲冷焊工艺可以精准控制每个弧点能量,电弧短时间内稳定燃烧,保证板材熔透实现冶金结合,通过自动走行装置将单独焊点连接起来,形成一条连续焊缝。
基于上述理由本发明可在高温合金焊接等领域广泛推广。
附图说明
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做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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为本发明具体实施方式中一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺的焊接示意图。
图2为本发明具体实施方式中0.3mm厚GH5188高温合金对接焊接接头正反面的宏观形貌。
图中:1、焊枪;2、钨极;3、上压板;4、GH5188高温合金超薄板;5、下垫板。
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。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当清楚,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任向具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制:方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1~2所示,一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,通过控制焊接工艺参数,实现高温合金超薄板对接焊。高温合金超薄板为GH5188高温合金超薄板4,板厚为0.3mm,焊接工艺参数包括:焊接电流、脉冲间隔、脉宽、焊接速度、弧长以及保护气体流量。
具体按以下步骤实施焊接:
GH5188高温合金超薄板4的厚度,选用焊枪1的钨极2的直径为1mm,尖端角度为25°~30°;并根据厚度,确定钨极2距离GH5188高温合金超薄板4的距离为0.3mm(即弧长为0.3mm);
焊接前,对GH5188高温合金超薄板4的焊边氧化膜进行打磨处理,使焊边材料露出金属光泽,用石油醚去除材料表面存在的油脂、粉尘等杂质;
将GH5188高温合金超薄板4按如图1所示的夹具装置装卡,夹具装置包括两个上垫板3和两个下垫板5,其中一个上垫板3和一个下垫板5将其中一个GH5188高温合金超薄板4夹持在中间,另外一个上垫板3和另外一个下垫板5将另外一个GH5188高温合金超薄板4夹持在中间;两GH5188高温合金超薄板4之间不留间隙,且上垫板3与对缝之间的水平距离为1~2mm。
对焊枪1进行精确定位,调节焊枪1的钨极2距离GH5188高温合金超薄板4的距离为0.3mm(即弧长为0.3mm),并且使焊枪1的钨极2与GH5188高温合金超薄板4的对缝保持在同一条线上;
设置冷焊焊接装置及其走行装置的参数:焊接电流为3A;脉冲间隔为40ms,脉宽为50ms,焊接速度为500mm/min;
开启氩气,流量设为3L/min,同时启动冷焊焊接装置的冷焊程序和走行装置,完成GH5188高温合金超薄板4的对接焊。
图2所示为采用具体实施例所得GH5188高温合金对接接头宏观形貌,接头正反面无裂纹、烧穿等焊接缺陷,板材变形小焊缝成形优异。
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 (8)

1.一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,采用冷焊焊接装置,且冷焊焊接装置采用脉冲冷焊电源,包括如下步骤:
S1、根据高温合金超薄板的厚度,确定冷焊焊接装置的焊枪所用钨极的尺寸和尖端角度;
S2、根据两块高温合金超薄板的厚度,确定钨极到高温合金超薄板的距离;
S3、焊接前,对高温合金超薄板的焊边进行预处理,去除杂质;
S4、将两块高温合金超薄板对接在一起;
S5、对焊枪进行定位,调整钨极与高温合金超薄板之间的距离,使其满足S2所确定的距离,且使焊枪和钨极与两块高温合金超薄板的对缝保持在同一条线上;
S6、根据高温合金超薄板的规格调整冷焊焊接装置的焊接工艺参数,保证单个焊点在低热输入下焊透;
S7、同时向焊缝正面吹高纯度惰性气体进行保护,启动冷焊焊接装置,焊枪按照冷焊焊接装置的走行装置所预先设定的程序自动完成高温合金超薄板的对焊接,多个焊点形成焊缝。
2.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,所述高温合金超薄板的厚度小于0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,对高温合金超薄板的焊边进行预处理,去除杂质的具体工艺为:对焊边进行打磨处理,使焊边材料露出金属光泽,去除材料表面的氧化膜,之后对焊边进行清洗去除表面存在的油脂、粉尘;采用的清洗溶剂为丙酮或石油醚。
4.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,冷焊焊接装置的焊接工艺参数为:电流3~12A,脉冲间隔20~50ms,脉宽30~60ms,焊接速度500~1000mm/min,氩气流量3~5L/min。
5.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,钨极与高温合金超薄板之间的距离的距离为0.5~0.8mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,钨极尖端角度为25°~30°。
7.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,步骤S4中,采用夹具装置固定两块高温合金超薄板,使其完全对接在一起。
8.根据权利要求1所述的一种用于高温合金超薄板对接焊的低热输入冷焊工艺,其特征在于,夹具装置包括两个上垫板和两个下垫板,其中一个上垫板和一个下垫板将其中一个高温合金超薄板夹持在中间,另外一个上垫板和另外一个下垫板将另外一个高温合金超薄板夹持在中间;且上垫板与对缝之间的水平距离为1~2mm。
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