专利名称：一种厚板钛合金窄间隙磁控tig焊接工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺。
背景技术：
作为第三金属的钛及其合金由于具有比强度高、热强性好、耐腐蚀以及生物相容性好等优点，正在成为理想的金属结构材料，目前已被广泛应用于航空、航天、汽车、造船、 生物医学等领域，其连接技术也成为工程领域的重要课题。针对厚板钛合金连接过程遇到的问题，研究学者提出了众多解决方案，但是核心问题仍是侧壁熔合质量。目前它的可焊方法有钨电极氩弧焊(TIG)、熔化极气体保护焊、电子束焊、等离子弧焊和激光焊。而随着现代工业生产和国防装备中焊接结构的日益大型化，厚板的应用越来越广泛，以上的焊接方法存在焊接效率低、焊接变形及残余应力大。1963年美国科学家研究所开发了一种窄间隙焊接方法，这种方法最大的特点是焊接坡口间隙很小，厚板焊缝截填充面积大大减少，从而降低了工程量和生产成本。窄间隙焊接技术在保留现有焊接方法优点的同时，比较理想的解决了传统焊接方法的效率问题。日本焊接界认为窄间隙焊接和激光焊接并称为适合于厚板焊接的两种方法。在各种窄间隙焊接方法核心技术就是侧壁熔合质量。目前提出的解决方法有波浪式焊丝窄间隙焊、旋转电弧窄间隙焊、磁场控制摆动电弧窄间隙焊等。然而窄间隙焊接的最大问题就是侧壁熔合问题，并且受钨电极载流能力的影响焊道次数多，焊接热影响区宽，焊接效率低下。厚板钛合金常规焊接时坡口面积大，填充金属多，焊后残余应力及变形大，焊接效率低。极大地限制了厚板钛合金的适用范围及TIG焊接的应用。
发明内容
针对上述问题的存在，本发明提供了一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺， 该焊接工艺可以解决厚板钛合金窄间隙自动TIG焊接工艺技术难题，实现钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接，使焊道次数少、热影响区窄、焊接效率高，并且焊接接头的残余应力和残余变形小，焊接组织细小，性能高。采用窄间隙焊接形式不仅能大幅度地减少坡口截面积，大大减少焊缝金属的填充量，因而被作为一种经济的、能够得到优良力学性能和变形较小的优质焊接方法，广泛应用于各种大型重要结构。而被采用的窄间隙焊接方法中非熔化极气体保护焊(TIG)在电弧燃烧过程中，电极不熔化，故易维持稳定的电弧长度，钨电极与母材间产生的电弧在惰性气氛中极为稳定。使用TIG焊能够实现高品质的焊接，得到优良的焊缝。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案
一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺，其特征在于包括采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊前装卡形式、焊接工程参数选择、焊接过程保护气氛的选择，
其中的焊枪形式为了增加钨电极的载流能力，焊接中采用3-8mm直径钨电极，并用双层紫铜夹持，两层紫铜间通有循环冷却水来冷却钨电极，通过这样的方式，钨电极的载流能力达 250-1200A,
为防止高电流造成钨电极熔合而影响焊接质量，钨电极端部被磨成圆台状或者是梯台
状，
为了解决窄间隙焊接过程中的侧壁熔合问题，在沿着焊缝方向、钨电极两侧固定上线圈及铁芯，期间通以相互反向的交变电流，从而产生周期变化的磁场，磁场大小为0-15mT， 磁场频率为0-100HZ，导致焊接过程中电弧周期偏转，解决了窄间隙中的侧壁熔合问题，磁场的引入不仅使得电弧发生偏转，还解决了侧壁熔合问题，穿过熔池的磁场还能够细化焊缝组织，提闻其性能；
其中的焊缝铺展形式由于坡口窄小，焊接电流大，填充金属量大，所以焊缝铺展形式为单道多层焊；
其中的焊接坡口形式
焊接坡口形式分为3种，分别为U型坡口、I型坡口和双U型坡口，
U型坡口及双U型坡口参数设计为钝边尺寸为O. 8-5_，直边长度为0-7_，过渡圆角半径为0-6mm，坡口角度为0-10°，
I型坡口需要在焊前将垫板焊在母材上，根部间隙为8-15mm，预变形角度为5_20度； 焊前装卡形式在使用U型坡口时，焊前需要进行预变形并进行焊前及焊中装卡，预变形使得张角扩大至5-20°，装配间隙为0-3_，I型坡口同样需要焊前及焊中装卡。其中的焊接工程参数选择焊接过程参数包含电流电压参数选择，送丝机焊接速度的参数选择，以及磁场强度及频率的参数选择，具体参数如下
权利要求
1.一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺，其特征在于包括采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊接工程参数选择、焊接过程保护气氛的选择其中的焊枪形式焊接中采用3-8mm直径钨电极，并用双层紫铜夹持，两层紫铜间通有循环冷却水来冷却钨电极；其中的焊缝铺展形式焊缝铺展形式为单道多层焊；其中的焊接坡口形式焊接坡口形式分别为U型坡口、I型坡口和双U型坡口，U型坡口及双U型坡口参数设计为钝边尺寸为O. 8-5mm,直边长度不大于7mm，过渡圆角半径不大于 6mm，坡口角度为不大于10°，I型坡口需要在焊前将垫板焊在母材上，根部间隙为8_15mm， 预变形角度为5-20度；其中的焊接工程参数选择焊接过程参数包含电流电压参数选择，送丝机焊接速度的参数选择，以及磁场强度及频率的参数选择，具体参数如下
2.根据权利要求I所述的一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺，其特征在于焊接坡口形式后对U型坡口和I型坡口焊前需要进行预变形并进行焊前及焊中装卡，预变形使得张角扩大至5-20°，装配间隙不大于3mm。
3.根据权利要求I所述的一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺，其特征在于焊枪形式中钨电极端部被磨成圆台状或者是梯台状。
4.根据权利要求I所述的一种厚板钛合金窄间隙磁控TIG焊接工艺，其特征在于焊枪形式中沿着焊缝方向、钨电极两侧固定上线圈及铁芯，期间通以相互反向的交变电流，从而产生周期变化的磁场，磁场大小为0-15mT，磁场频率为0-100HZ，使焊接过程中电弧周期偏转。
全文摘要
本发明公开一种厚板钛合金窄间隙TIG焊接工艺，该焊接工艺包括焊接过程采用的焊枪形式、焊缝铺展形式、焊接坡口形式、焊前装卡形式、焊接工程参数选择、焊接过程保护气氛的选择六项内容。本发明的焊接工艺解决了厚板钛合金窄间隙自动TIG焊接工艺技术难题，实现钛合金厚板窄间隙TIG自动焊接，具有焊道次数少、热影响区窄、焊接效率高的特点。并且焊接接头的残余应力和残余变形小，焊接组织细小，性能高。
文档编号B23K9/08GK102601501SQ20121008136
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年2月25日
发明者冯吉才, 姜云禄, 孙清洁, 胡海峰, 蔡春伟, 袁新, 黄海艇 申请人:哈尔滨工业大学(威海)