【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色金属焊接，具体涉及一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法。
技术介绍
1、钛及钛合金具有密度小、强度高、耐海水及其他介质腐蚀、耐低温，以及高温下具有高的疲劳强度、低的膨胀系数、良好的可加工性等优点，用其建造的结构在任何自然环境中都能充分发挥其作用，故广泛应用于航空、航天、化工、石油、食品、医疗、建筑、体育用品等领域。对于钛合金棒材，如由tc4构成的超长棒材，其长度接近4m，直径为6.4mm，目前用于食品加工行业中的生链产线上，由于其一端部需要加工成特殊形状，因此该超长棒材无法在机加工过程中一次成型，这就需要棒材与主体进行焊接成型，要求焊缝需要熔深大于半径达到熔透、无气孔和氧化、焊接变形小且需要保证同轴度。
2、目前，国内外对于钛合金的焊接，主要集中在钎焊、埋弧焊以及真空电子束焊接技术上，但是钎焊通常只用于焊接薄壁类管件等小型薄壁构件，不适合大厚度钛合金的焊接，对于需要熔透的钛合金棒材无法进行加工；同样地，埋弧焊多适用于金属板材，不适合焊接厚度过小的板材，且由于钛及钛合金具有活泼的化学性能，市面上关于钛合金的埋弧焊剂效果不佳，对于焊剂要求严苛，导致成本较高、灵活性差；同样地，电子束焊接需要真空室，不适用于大尺寸工件，且设备成本较高，故埋弧焊以及真空电子束焊也无法实现大尺寸钛合金棒材端部与身部的连接。
3、激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法，较其他焊接方式具有热输入低、焊接速度快、热影响区域小等优势，虽然现有技术如专利cn113770522a等用激光焊接钛合金板材，但
4、其次，相较其他合金材料，由于钛活泼增大了激光焊接时的气保护难度，用激光焊接相对激光器绕棒材轴向旋转的较长棒材时，若仅与激光束同轴吹气或旁轴吹气，棒材旋转会导致焊缝和热影响区域离开保护区域，气保护不佳，会导致钛合金焊接时容易产生气孔、氧化、熔深不够的问题，影响焊缝表面质量。
5、此外，激光焊接时对工件对接间隙较为敏感；工件表面不洁净会引起飞溅及爆孔问题；焊接过程中熔融状态下由于工件的重力原因也会增加变形；由于工件长度较长，若焊接速度太快，在焊接过程中易产生严重的安全问题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本专利技术提供一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，可实现焊缝熔深大于半径达到熔透、无咬边下凹、焊接变形小、同轴度小于φ0.5mm、气保护良好，适用于包括生链产线用tc4超长钛棒的端部与身部连接。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其方法包括：
4、先用单激光沿两钛合金棒材对接处周向、在气保护下熔焊多圈形成环焊缝，焊接前期按满焊接功率出光起弧焊接，焊接后期按满焊接功率缓慢逐渐降低出光收弧；再将焊丝对准环焊缝处、在气保护下用激光填丝焊接环焊缝处至少一圈。
5、进一步的，因激光焊接时对间隙较为敏感，所述单激光焊接前对钛合金棒材的待对接端面车削平整，去除待对接端面表面油污及污渍，使两钛合金棒材的待对接端面间隙＜60μm，以便在环焊缝处形成良好连接。
6、进一步的，为了减少焊接过程中的飞溅及爆孔，采用无纺布浸润无水乙醇后擦拭去除对接端面表面油污及污渍，可达到良好的去污洁净作用。
7、进一步的，用单激光焊接环焊缝前，用单激光沿两钛合金棒材对接处周向点焊多个焊点，可先将两钛合金棒材对接处点焊固定，有利于降低变形、提高同轴度和用驱动钛合金棒材旋转的方式进行后续环焊缝焊接，提高焊接效率。
8、进一步的，所述点焊采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000w，点焊功率为总功率的8％～13％，避免点焊功率过高导致易出现飞溅，避免点焊功率过低导致点焊强度不足，钛合金棒材工件在旋转过程中出现分离。
9、进一步的，所述点焊出光时间为10～15ms，沿对接处周向每隔40°～45°点焊一个焊点，可进一步优化点焊效果。
10、进一步的，所述单激光焊接与激光填丝焊接时，为有效保证焊后两钛合金棒材的同心度，用夹具保持两钛合金棒材的待对接端面稳定。
11、进一步的，所述单激光焊接与激光填丝焊接时，可以采用支撑架托举支撑钛合金棒材身部，抑制钛合金棒材在焊接过程中熔融状态下由于重力原因导致的变形。
12、进一步的，所述单激光焊接与激光填丝焊接时，为实现棒材的环焊缝焊接效果，可以采用三爪变位机驱动钛合金棒材在与激光束垂直下、相对激光束绕钛合金棒材轴向旋转。
13、进一步的，由于单激光焊接环焊缝时深熔焊的热输入量较大，为了保证良好的气保护效果，沿两钛合金棒材周向间隔设置多个出口朝向对接处的气嘴，以此保证焊前焊后都有保护气，单激光焊接环焊缝时，持续向气嘴通氩气进行气保护，气流量在20～25l/min，保持氩气输出直到环焊缝及热影响区金属冷却到350℃以下方可关闭氩气，或出光结束后持续保持吹气时间>30s，使焊缝收尾后通过保持气体持续输出避免焊后出现氧化。
14、进一步的，沿两钛合金棒材周向间隔每隔60°放置一气嘴。
15、进一步的，氩气纯度不低于99.99％。
16、进一步的，用单激光焊接环焊缝时采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000w，光学配置的准直为90mm，聚焦为180mm，满焊接功率为总功率的24％～30％，可满足熔透效果，焊接线速度为23～30mm/s，离焦量为+3mm，使线速度保持适中，线速度太慢会导致熔深易过大，引起焊接变形严重，线速度太快会加大离心力，熔池成型不稳定，且可以避免钛合金棒材工件长度较长，线速度太快，在焊接过程中出现严重的安全问题。
17、进一步的，用单激光焊接环焊缝时，焊接前期与焊接后期的焊接时长比为1:2，焊接后期按满焊接功率缓慢逐渐降低至零出光收弧，焊接功率可以采用匀速降低，具有足够的缓降时间，进一步控制热输入，保持熔焊并减小环焊缝焊接时焊接尾部下凹的程度。
18、进一步的，用单激光焊接环焊缝时，焊接三圈，则按焊接时长的比例可以形成“焊一圈，缓两圈”的收弧工艺，进一步优化焊接效果和效率，表面下凹程度降低。
19、进一步的，所述激光填丝焊接时采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000w，送丝速度为25～35mm/s，焊接线速度为23～30本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，其方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述单激光焊接前对钛合金棒材的待对接端面车削平整，去除待对接端面表面油污及污渍，使两钛合金棒材的待对接端面间隙＜60μm。
3.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，用单激光焊接环焊缝前，用单激光沿两钛合金棒材对接处周向点焊多个焊点。
4.根据权利要求3所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述点焊采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000W，点焊功率为总功率的8％～13％，出光时间为10～15ms，沿对接处周向每隔40°～45°点焊一个焊点。
5.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述单激光焊接与激光填丝焊接时，用夹具保持两钛合金棒材的待对接端面稳定，支撑钛合金棒材身部，驱动钛合金棒材在与激光束垂直下、相对激光束绕钛合金棒材轴向旋转。
6.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特
7.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，用单激光焊接环焊缝时采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000W，光学配置的准直为90mm，聚焦为180mm，满焊接功率为总功率的24％～30％，焊接线速度为23～30mm/s，离焦量为+3mm，焊接前期与焊接后期的焊接时长比为1:2，焊接后期按满焊接功率缓慢逐渐降低至零出光收弧。
8.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述激光填丝焊接时采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000W，送丝速度为25～35mm/s，焊接线速度为23～30mm/s，离焦量为+6mm，焊接功率为总功率的14％～20％，焊接圈数为400°，不设置收弧工艺。
9.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，沿两钛合金棒材周向间隔设置多个出口朝向对接处的气嘴，所述激光填丝焊接时，持续向气嘴通氩气进行气保护，保持氩气输出直到环焊缝及热影响区金属冷却到接近室温方可关闭氩气。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述钛合金棒材为TC4钛合金棒材，所述焊丝为TC4钛合金焊丝，激光填丝焊接后形成有效熔深＞3.2mm的深熔焊。
...【技术特征摘要】
1.一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，其方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述单激光焊接前对钛合金棒材的待对接端面车削平整，去除待对接端面表面油污及污渍，使两钛合金棒材的待对接端面间隙＜60μm。
3.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，用单激光焊接环焊缝前，用单激光沿两钛合金棒材对接处周向点焊多个焊点。
4.根据权利要求3所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述点焊采用多模组激光器，多模组激光器的总功率为6000w，点焊功率为总功率的8％～13％，出光时间为10～15ms，沿对接处周向每隔40°～45°点焊一个焊点。
5.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，所述单激光焊接与激光填丝焊接时，用夹具保持两钛合金棒材的待对接端面稳定，支撑钛合金棒材身部，驱动钛合金棒材在与激光束垂直下、相对激光束绕钛合金棒材轴向旋转。
6.根据权利要求1所述的一种无咬边的钛合金棒材激光焊接方法，其特征在于，沿两钛合金棒材周向间隔设置多个出口朝向对接处的气嘴，单激光焊接环焊缝时，持续向气嘴通氩气进行气保护，气流量在20～25l/min，保持氩气输出直到环焊缝及热影响区金属冷却到350℃以下方可关...
【专利技术属性】
技术研发人员：周小猛，姚新宇，姚兴涛，乔云鹏，
申请(专利权)人：苏州思萃熔接技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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