一种钛-钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法技术

本发明专利技术提供一种钛

【技术实现步骤摘要】
一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法


[0001]本专利技术涉及材料加工工程
，具体而言是钛板和钢板异种金属焊接
，尤其涉及一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法。

技术介绍

[0002]钛及钛合金具有比强度高、膨胀系数低、导热率低等特性，至今在航空航天等诸多领域有着广泛的应用。不锈钢作为工程上最常用的结构材料，具有优异的综合力学性能。将二者进行焊接不仅能够综合两种金属的优异性能，同时能够降低结构成本，提高经济效益。然而，由于物理和化学性能的巨大差异，钛
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钢异种金属的焊接尤其是熔焊连接极其困难。其最主要问题在于钛
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钢在焊接过程由于焊接温度较高，熔融的Ti、Fe元素会在熔池中剧烈反应，生成脆性极大的TiFe、TiFe2相及低熔点共晶组织，导致接头性能严重恶化甚至直接开裂，也正因此，控制Ti
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Fe脆性相的生成是实现钛
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钢异种金属高质量熔焊连接的关键。
[0003]当前已被研究/应用于钛
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钢异种金属连接的熔化焊方法主要包括高能束焊接(激光、电子束焊)和电弧焊。高能束焊接因为具有能量密度高和输入位置可控等优势，可对接头焊接过程能量灵活调控，从而能够实现对接头化合物特征的调控。陈树海等人利用对激光加热位置的精确调控，成功实现了钛
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钢异种金属的直接连接，但接头的抗拉强度仅能达到150MPa。由于激光偏移量对金属间化合物的形成非常敏感，并且高能束焊接的成本较高，其在工程焊接中的应用仍具有明显的局限性。
[0004]相较于高能束焊接方法，电弧焊具有成本低廉、操作方便、结构和环境适应性强等优势，仍是当前工程现场实际焊接的最常用焊接方法。但传统电弧焊热输入较大，难以实现钛
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钢异种金属的直接连接，焊接过程中需添加填充材料(主要是铜和铜合金)以改善接头冶金环境，获得高质量接头。中国专利申请(CN102744502A)公开了一种TA15钛合金与奥氏体不锈钢的填丝钨极氩弧焊工艺，其通过纯铜焊丝填充，焊后使焊缝区析出铜固溶体，减少焊缝区含钛量及脆性金属间化合物，保证焊接接头的韧性。中国专利申请“CN108296584A”中公开了一种钛
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钢MIG
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TIG双面双弧低热输入钎焊方法，利用双热源作用于同一熔池的协同作用，并通过控制焊接工艺参数，以改善接头能量分布，获得高质量的钛
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钢接头。然而，填充金属的添加往往导致焊接成本及焊接工艺复杂性的增加，且接头性能往往受限于所采用填充金属的力学性能。
[0005]因此，从焊接工艺出发，探索新型的低热输入电弧焊接方法，实现钛
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钢异种金属的优质连接，对于钛
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钢异种金属复合结构的应用推广具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为实现钛
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钢异种金属高性能连接，抑制Ti
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Fe脆性化合物的生成，本专利技术提供一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法，该方法采用大电容充电瞬时放电的方式，在钨极与工件间产生脉冲电弧加热接头以实现金属的连接。其特点在于各脉冲电弧之间存在断弧时间，电弧的断续加热可有效减少热积累，降低焊接热输入。针对钛
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钢异种
金属焊接过程中脆性金属间化合物生成造成的接头脆化问题，利用断弧脉冲焊接方法低热输入断弧特性可有效抑制Ti
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Fe金属间脆性化合物的生成；同时可利用对脉冲时间及断弧时间的精确控制，实现对连接温度的灵活调控，从而对接头显微组织特征精确调控，获得具有优异性能的钛
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钢异种金属薄板接头。
[0007]本专利技术采用的技术手段如下：
[0008]一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法，包括：
[0009]步骤一：焊接前对钛板和钢板的焊部位进行预处理，打磨钢板与钛板边缘毛刺，使用丙酮溶液清洗，之后使用脱脂棉擦拭掉钢板和钛板表面上的油脂、灰尘，最后将其自然干燥。钛板和钢板厚度为0.05
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1mm。
[0010]步骤二：对接或搭接钛板和钢板，将待焊部位以平行方式安置于工作台上，并利用夹具压紧压平，保证焊接过程板材位置固定。
[0011]步骤三：根据钛板和钢板的焊接方式调整焊枪的位置，将钨极尖端垂直放置于待焊部位正面上方；钛板和钢板对接时，由于钢母材具有较高的热导率，钨极要偏置于钢母材一侧，在焊接过程中提高钢板温度以保证接头的焊缝成形；钛板和钢板搭接时，焊枪垂直于待焊部位正上方，采用钛板置于钢板之上的方式，以减小焊接飞溅，保证接头的焊缝成形；
[0012]步骤四：设置断弧脉冲氩弧焊的焊接能量参数，并在焊接过程中，焊接参数固定；断弧脉冲氩弧焊的焊接能量参数包括：脉冲电流120
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200A，脉冲时间500
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1000ms，断弧时间200
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750ms，焊接速度1
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5mm/s，氩气流量15
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30L/min。
[0013]步骤五：开启断弧脉冲氩弧焊焊接热源，同时开启焊接工装，使工装带着焊枪沿焊接方向运动，对钛板和钢板点焊或缝焊。
[0014]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0015]1、本专利技术焊接方法在焊接过程中，利用各脉冲电弧之间存在断弧时间，使热量有足够的时间通过工件基体扩散，熔池不会出现热量的聚集，降低焊接热输入，有效抑制Ti
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Fe脆性化合物的生成，实现钛、钢异种金属的直接连接。
[0016]2、本专利技术焊接方法在焊接过程中，可根据焊接位置及不同厚度钛、钢金属薄板，脉冲电流、焊接速度尤其是脉冲时间，断弧时间进行ms级微调，实现对焊接热输入的精密调控，降低钛与钢金属间的热失配，缓解焊接残余应力，提高焊接接头的质量。
[0017]基于上述理由本专利技术可在钛板和钢板焊接等领域广泛推广。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术具体实施方式中钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法搭接点焊接头示意图。
[0020]图2为本专利技术具体实施方式中对1mm钛
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钢板材搭接点焊断弧脉冲氩弧焊接头横截面形貌。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术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专利技术。
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法，其特征在于，包括：步骤一：焊接前对钛板和钢板的待焊部位进行预处理；步骤二：对接或搭接钛板和钢板，并固定；步骤三：根据钛板和钢板的焊接方式调整焊枪的位置，将钨极尖端垂直放置于待焊部位正面上方；步骤四：设置断弧脉冲氩弧焊的焊接能量参数，并在焊接过程中，焊接参数固定；步骤五：开启断弧脉冲氩弧焊焊接热源，使焊枪沿焊接方向运动，对钛板和钢板点焊或缝焊。2.根据权利要求1所述的一种钛
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钢异种金属薄板低热输入断弧脉冲氩弧焊方法，其特征在于，断弧脉冲氩弧焊的焊接能量参数包括：脉冲电流120
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200A，脉冲时间500
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1000ms，断弧时间200
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750ms，焊接速度1
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5mm/s，氩气流量15

【专利技术属性】
技术研发人员：程志，葛连宏，文静，陈春焕，任瑞铭，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：