一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法技术

一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法。本发明专利技术属于焊接技术领域。本发明专利技术为解决现有厚壁钛合金构件超窄间隙激光填丝焊接存在的效率低的技术问题。方法：步骤1：加工坡口，预处理，装夹；步骤2：在惰性气体保护下进行激光填热丝焊，焊丝为多股绞合焊丝，通过热丝装置对焊丝进行加热，激光束与板材法线呈第一夹角，焊丝与板材呈第二夹角，激光束入射点与焊丝端部无间距设置；步骤3：清理焊道后重复单层单道焊接，直至焊缝填满，完成焊接。本发明专利技术的方法与热实心焊丝相比，电阻热可以增加4.52～11.12倍，送丝速度增加约2～3倍，熔敷效率提升约2～3倍，填充道数减少1～2倍，大幅提高焊接效率，降低废品率，可以实现在工业上大范围推广应用。大范围推广应用。大范围推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法


[0001]本专利技术属于焊接
，具体涉及一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有密度小、比强度高、比刚度大、力学性能好、耐热耐腐蚀性能好、可加工性好等优点，是一种良好的结构材料，在航空航天、车辆工程、机械工程等领域具有非常广阔的应用前景，因此受到广泛的重视。钛合金的焊接，对我国航空航天技术的发展，甚至对我国整个科学技术、工业发展、军事力量的提升都起到决定性的作用。先进材料的开发利用是提高工业技术的先决条件，而制造技术又是先进材料得到应用的前提。焊接作为材料加工不可或缺的技术，先进焊接技术的发展对先进材料的利用具有重大意义。
[0003]钛合金对氧的亲和力很大，易于氧形成TiO2氧化物，焊接性较差，一般的焊接技术难以得到满意的结果。目前，厚壁钛合金常非熔化极气体保护焊(TIG)、电子束焊接(EBW)等焊接方法。厚壁非熔化极气体保护焊(TIG)的坡口加工角度一般需要大于30
°
，焊接效率低、焊接变形与残余应力大、焊缝中容易存在缺陷；电子束焊(EBW)能量密度高，焊缝深宽比大适用于厚壁材料焊接，但该方法需要在真空条件下进行，被焊工件尺寸受到真空仓限制，难以实现大尺寸厚壁构件焊接。
[0004]激光填丝焊兼顾焊接热输入小、能量可精准调控、焊缝组织调控等优点，因此激光填丝焊接技术将成为实现钛合金厚壁超窄间隙高效连接的一种趋势。但目前对于厚壁钛合金激光填丝焊接存在的缺陷相关研究人员提出了很多解决方案，但现有的解决方案均不能解决厚壁钛合金激光填丝焊接存在的效率低的问题。
[0005]由于厚板钛合金板超窄间隙激光填丝焊接过程是单道多层填充金属的累计，焊接过程中每道焊缝质量都对焊接构件的服役安全性直接造成威胁，焊接道数越多，废品率越高，难以在工业上实现大范围推广。因此开发一种新型高效适合工业应用的厚壁钛合金激光填丝焊接方法，为厚壁钛合金大规模应用，降低焊接成本、提高成品率极为重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有厚壁钛合金构件超窄间隙激光填丝焊接存在的效率低的技术问题，而提供了一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法。
[0007]本专利技术的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法按以下步骤进行：
[0008]步骤1：对待焊厚壁钛合金板材进行坡口加工，加工完成后进行预处理，再进行装夹；
[0009]步骤2：在惰性保护气体的保护下进行激光填热丝焊，所述激光填热丝焊的参数设置为：焊丝为多股绞合钛合金焊丝，通过热丝装置对焊丝进行加热，激光束与板材法线呈第一夹角，焊丝与板材呈第二夹角，激光束入射点与焊丝端部无间距设置；
[0010]步骤3：单层焊接结束后清理焊道，然后重复单层单道焊接，直至焊缝填满，完成焊接。
[0011]进一步限定，步骤1中所述待焊厚壁钛合金板材厚度为10mm～200mm。
[0012]进一步限定，步骤1中所述坡口加工的具体参数为：坡口为Y形或X型，坡口钝边为2mm～8mm，单坡口角度为1～3
°
。
[0013]进一步限定，步骤1中所述预处理包括打磨和酸洗，所述酸洗的具体过程为：在HF和HNO3的混合溶液中浸泡15min～20min，然后用水冲洗烘干，所述HF和HNO3的混合溶液中HF的体积分数为2％～4％，HNO3的体积分数为30％～40％。
[0014]进一步限定，步骤2中所述惰性保护气体通过保护气罩后置送气保护，焊前提前送气，焊后滞后停气。
[0015]进一步限定，步骤2中所述惰性保护气体为99.999％高纯度氩气，保护气流量为15L/min～30L/min。
[0016]进一步限定，步骤2中所述多股绞合钛合金焊丝直径为1.2mm～3.6mm，所述多股绞合钛合金焊丝由3～7股钛合金焊丝捻制而成，捻角为8～16
°
，捻距为6mm～20mm。
[0017]进一步限定，步骤2中所述第一夹角为10～15
°
，所述第二夹角为30～60
°
。
[0018]进一步限定，步骤2中通过热丝装置对焊丝进行加热的具体参数为50～200A。
[0019]进一步限定，步骤2中激光束摆动方式为圆形摆动，摆动频率为50Hz～200Hz，摆动幅度为0.5mm～4mm。
[0020]进一步限定，步骤2中激光功率为2000W～6000W，离焦量为
‑
20mm～+20mm，焊接速度为0.3m/min～2m/min。
[0021]本专利技术相比于现有技术的优点：
[0022]本专利技术提出一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接高效焊接方法，将钛合金多股绞合焊丝与热丝装置相结合，充分发挥钛合金多股绞合焊丝高熔敷效率的特点，并应用于厚壁钛合金激光填丝焊中。减少厚壁钛合金构件窄间隙焊接填充道数，提高焊接效率、降低废品率，为厚壁钛合金高效、优质连接提供了新方法，具体优点如下：
[0023]1)激光填热丝焊接过程中，熔化焊丝的热量主要来源于电阻热和激光能量，电阻热可以减少焊丝熔化对激光能量的依赖，因此在相同焊接参数下，增加电阻热可以显著提高送丝速度。在相同的热丝电流条件下，热多股绞合焊丝与热单股实心焊丝相比，电阻热可以增加4.52～11.12倍，送丝速度增加约2～3倍，熔敷效率提升约2～3倍，填充道数减少1～2倍，大幅提高焊接效率，降低废品率，可以实现在工业上大范围推广应用。
[0024]2)通过调整激光束与焊丝端部的夹角，以及激光束与焊丝端部的间距，使焊丝顺利熔化，平稳过渡到熔池，减少焊接飞溅，提高焊接接头质量。
[0025]3)通过设置激光焊接摆动方式及参数，保证焊接质量，减少焊接缺陷。
附图说明
[0026]图1为焊接装配示意图；1
‑
激光束，2
‑
多股绞合焊丝，3
‑
送丝装置，4
‑
热丝装置，
→
代表焊接方向，
←
代表电流方向；
[0027]图2为实施例1坡口示意图；
[0028]图3为焊丝截面示意图，a
‑
多股，b
‑
单股实心；
[0029]图4为分丝捻制示意图；
[0030]图5为实施例1与对比例1典型焊缝截面显微形貌对比图；a
‑
多股，b
‑
单股实心；
[0031]图6为实施例1与对比例1不同热丝电流下熔化金属量对比图；
[0032]图7为实施例2坡口示意图；
[0033]图8为实施例2焊接后焊缝截面显微形貌图。
具体实施方式
[0034]实施例1(参见图1)：本实施例的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法按以下步骤进行：
[0035]步骤1：对待焊厚壁钛合金板材(厚10mm、TC4钛合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：对待焊厚壁钛合金板材进行坡口加工，加工完成后进行预处理，再进行装夹；步骤2：在惰性保护气体的保护下进行激光填热丝焊，所述激光填热丝焊的参数设置为：焊丝为多股绞合钛合金焊丝，通过热丝装置对焊丝进行加热，激光束与板材法线呈第一夹角，焊丝与板材呈第二夹角，激光束入射点与焊丝端部无间距设置；步骤3：单层焊接结束后清理焊道，然后重复单层单道焊接，直至焊缝填满，完成焊接。2.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法，其特征在于，步骤1中所述待焊厚壁钛合金板材厚度为10mm～200mm。3.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法，其特征在于，步骤1中所述坡口加工的具体参数为：坡口为Y形或X型，坡口钝边为2mm～8mm，单坡口角度为1～3
°
。4.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法，其特征在于，步骤1中所述预处理包括打磨和酸洗，所述酸洗的具体过程为：在HF和HNO3的混合溶液中浸泡15min～20min，然后用水冲洗烘干，所述HF和HNO3的混合溶液中HF的体积分数为2％～4％，HNO3的体积分数为30％～40％。5.根据权利要求1所述的一种适用于厚壁钛合金构件超窄间隙焊接的高效焊接方法，其特征在于，步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：武鹏博，徐锴，黄瑞生，方乃文，尹立孟，何志军，邹吉鹏，陈玉华，曹浩，谢吉林，姚宗湘，秦建，王善林，梁晓梅，李武凯，宋南，苏金花，周珍珍，
申请(专利权)人：深圳市麦格米特焊接技术有限公司，
类型：发明
国别省市：