一种用于紫铜厚板不预热TIG焊接的方法技术

本发明专利技术提供的是一种用于紫铜厚板不预热ＴＩＧ焊接的方法。将Ｔｉ或Ｔｉ合金预置于焊接坡口内坡口内，熔敷金属按质量百分比铜占６６～９９％、钛或钛合金占１～３４％；采用氩氮混合气体保护，普通氮气比例：５０～８５％，高纯氮气比例：２０～８５％；采用ＴＩＧ焊接；焊接时焊枪采用左右摆动前进的焊接方式进行。本发明专利技术的焊接方法在焊接紫铜厚板时不需要预热，同时消除了焊缝的气孔和裂纹，它还具有操作简单、节能、高效、成本低的特点，有利于在工业生产中推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种焊接方法，具体地说是一种紫铜厚板的焊接方法。
技术介绍
铜及铜合金广泛地应用在电力、石油、化工、机械、国防工业、轻工业、农业等部门，它的用途仅次于钢铁和铝。由于紫铜导热系数很高，为391W/mK，是铝的1.5倍，焊接过程中热量迅速从焊接区散出。特别是对紫铜厚板进行焊接时，不但熔池形成困难，而且在焊缝冷却结晶过程中易出现热裂纹。在对紫铜的熔化焊(如气焊、手弧焊、TIG焊、MIG焊、电子束焊等)、钎焊(火焰钎焊、TIG钎焊等)等方法的研究发现，紫铜的焊接仍存在一些问题，如火焰钎焊在工厂较常用。工艺上焊接区域要采用较高的温度(650-750℃)均匀加热焊接，加热时间长。而且还要保证焊接过程的连续进行。缺点是焊接温度高、工人的工作条件十分恶劣、手工操作时加热温度较难掌握、焊接需要多人同时作业、对工人的技术要求高；输入的热容量大、焊接热影响区较大、组织与性能变化较大；采用焊剂，需要焊后清洗，接头强度较低。火焰熔焊比较适于薄铜件、铜件的修补或不重要结构的焊接。在对厚壁紫铜件焊接中存在许多问题(1)预热温度高(600-700℃)，且焊接过程应连续进行。加热时间长，输入的热容量大，焊接热影响区较大、，组织及性能变化较大、工人的工作条件十分恶劣。(2)气焊的保护效果不好。空气中的还原性气氛侵入焊缝，铜中氧化物被还原。形成1066℃的低熔点共晶体(Cu+Cu2O)分布于晶界，增加了热裂纹的倾向。(3)焊缝成型差、易变形、易出现气孔、未熔合、裂纹等缺陷。手工电弧焊是熔焊中最常用的一种焊接方法。具有操作简单、灵活等优点。但在紫铜焊接中的主要问题是预热温度高，焊接质量差。具体问题如下(1)焊接工艺复杂焊前预热(500-600℃)温度高，并且要保证焊接过程的连续进行。这样焊接区域高温停留时间长，输入热容量大，工人的工作条件十分恶劣。同时热影响区范围大、组织及接头性能变化较大。(2)合金元素蒸发严重焊缝含氢、氧量高，锌蒸发严重、容易出现气孔、裂纹等缺陷。(3)焊接质量不稳定，焊缝成型差，接头强度低。MIG焊MIG焊具有适应范围广，生产效率高，焊接变形小，焊接过程易于实现自动化等优点。是焊接中、厚壁紫铜的理想方法。但必须预热600～700℃，对氧元素很敏感，在焊接脱氧不足的铜时，焊缝的裂纹和气孔较多，且强度较低。同时对薄板焊接指导性不强，在焊接薄板时熔池的稳定性差，容易出现熔池过热、下塌等焊接质量问题。电子束焊接电子束焊接具有能量密度和穿透能力很强，具有不需要预热，不加填充焊丝，冷速快、晶粒细、热影响区小等特点。因此对厚壁紫铜作穿透性焊接有很大的优越性。但同样会出现许多问题如厚壁紫铜焊接时由于电子束冲击发生熔化金属的飞溅，导致焊缝成形变坏。尤其是在厚壁紫铜管焊接时，由于其能量密度特别大。试件极容易烧穿，铜水流淌，不能形成焊缝。电子束焊接设备昂贵，焊接要求在真空中进行，工作环境受真空室大小限制。TIG钎焊TIG钎焊是一种比较具有发展前景的不预热焊接方法。TIG焊具有热量集中、加热升温速度快、氩气可对近缝区有一定的冷却作用及TIG钎焊所特有的”阴极雾化”现象，能破碎和清洁钎缝表面的氧化膜等特性。为保证良好的钎焊接头(即母材不熔化)，电弧TIG钎焊要求采用较低的热输入，故焊接过程中应采用较小的焊接电流。综上所述TIG钎焊具有高效节能、钎焊接头在高温停留时间短、热影响区较窄、组织与性能变化较小、不用钎剂，无钎剂腐蚀作用、不需要焊后清洗、钎缝成形美观、速度快等优点。但其接头强度低、焊缝硬度高、塑性、韧性差。TIG熔焊(1)氩气保护。比较适于薄铜件的焊接。在对紫铜厚板的焊接中存在许多问题①预热温度高，通常需要预热至600-700℃才能达到较好的焊接效果。②厚板的焊接一般都得采用多道焊，焊接过程应连续进行。这样导致加热时间长，输入的热容量大，焊接热影响区较大，同时对母材组织及性能也有一定影响。③焊缝成形差，易出现热裂纹，焊件表面氧化严重，焊接接头变形较大。④由于焊接工程必须在高温下持续进行，使得工人的工作条件十分恶劣，生产效率低。(2)氦气保护氦气保护时的电弧功率较高，对厚板焊接时预热至300℃就可以达到较好的焊接效果。但是由于氦气价格昂贵，1800元/瓶，约为氩气的24倍，所以使用氦气保护时焊接成本很高，不利于在生产中推广。(3)氮气保护因为氮和铜之间不形成固溶体及化合物，所以从理论上来讲，氮气保护是可以用来焊接紫铜的。氮气保护时，电弧的功率很高，在不预热时，就可以焊接紫铜。但是从目前的焊接试验来看，氮气保护时，焊缝中出现大量的气孔和裂纹，使得焊接接头的强度很低。所以氮气保护的问题有待于进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以解决焊接紫铜厚板时需要预热和焊缝易出现气孔和裂纹问题的用于紫铜厚板不预热TIG焊接的方法。本专利技术的目的是这样实现的将Ti或Ti合金预置于焊接坡口内，坡口内熔敷金属按质量百分比铜占66～99％、钛或钛合金占1～34％；采用氩氮混合气体保护，普通氮气比例50～85％，高纯氮气比例20～85％；采用TIG焊接；焊接时焊枪采用左右摆动前进的焊接方式进行。本专利技术还可以包括这样一些特征1、所述的将钛或钛合金预置于焊接坡口处是将钛或钛合金剪切成条形预置于焊接坡口内。2、所述的将钛或钛合金预置于焊接坡口处是将钛及钛合金板贴置于坡口内。3、所述的将钛或钛合金预置于焊接坡口处是将钛或钛合金喷涂一定厚度于焊接坡口内。4、所述的将钛或钛合金预置于焊接坡口处是将钛或钛合金镶嵌于坡口内，嵌装的钛或钛合金为一条或几条。5、所述的钛合金是TA1、TA2、TA3、TA4、TC2、TC3或TiC4中的任何一种。本专利技术是在氩气保护TIG焊与氮气保护TIG焊的基础上发展起来的，在氩氮混合气体保护下实现紫铜厚板的不预热焊接。本专利技术解决了焊接紫铜厚板时需要预热和焊缝易出现气孔和裂纹的问题。本专利技术在氮气混合气体保护的过程中氮被钛吸收，所以避免了氮气在焊接中形成气孔的问题。因为氮和铜之间不形成固溶体及化合物，而氮气保护时，电弧的功率很高，所以在不预热的情况下采用氮气保护可完成对紫铜厚板的焊接，氮气中加入适量的氩气混合是为了解决氮气电弧在高功率时不稳定的问题。本专利技术的焊接方法在焊接紫铜厚板时不需要预热，同时消除了焊缝的气孔和裂纹，它还具有操作简单、节能、高效、成本低(氮气价格低廉，35元/瓶，约为氦气的1/50，氩气的1/2)的特点，有利于在工业生产中推广。应用本方法焊接厚板紫铜材料能达到的性能指标为接头拉伸强度≥80％延伸率≥7％焊接速度1～3mm/s附图说明图1焊缝底部预置钛合金条的结构示意图；图2预置钛合金涂层的结构示意3是焊接坡口预置几个钛合金条的结构示意图；图4是焊接方式示意图。具体实施方式下面举例对本专利技术作更详细的描述1、将Ti或Ti合金2预置于焊接件1的焊接坡口内，坡口内熔敷金属按质量百分比铜占66～99％、钛或钛合金占1～34％；采用氩氮混合气体保护，普通氮气比例50～85％，高纯氮气比例20～85％；采用TIG焊接技术进行焊接，焊接时焊枪4采用左右摆动前进的焊接方式进行，图4中3为焊丝。将Ti或Ti合金预置于焊接坡口内的方法可以是以下四种方法中的任何一种1、将钛或钛合金剪切成条形预置于焊接坡口内；2、将钛及钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于紫铜厚板不预热ＴＩＧ焊接的方法，其特征是：将Ｔｉ或Ｔｉ合金预置于焊接坡口内，坡口内熔敷金属按质量百分比铜占６６～９９％、钛或钛合金占１～３４％；采用氩氮混合气体保护，普通氮气比例：５０～８５％，高纯氮气比例：２０～８５％；采用ＴＩＧ焊接；焊接时焊枪采用左右摆动前进的焊接方式进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李光民，韩仁通，闫久春，刘殿宝，于汉臣，陈力，李春峰，
申请(专利权)人：渤海船舶重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]