锆的穿透型等离子弧焊接方法技术

锆的穿透型等离子弧焊接方法，利用等离子弧穿透工件厚度，形成贯穿工件的小孔；在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝，其特征是相关技术参数的设置包括焊接电流为２４０－２９０Ａ；焊接速度为１４－１８ｃｍ／ｍｉｎ；喷嘴离工件的距离为３－５ｍｍ；以及等离子气流量为７－１０ｌ／ｍｉｎ；保护气流量为１５－２０ｌ／ｍｉｎ；保护气流量与等离子气流量的比例为２－３。本发明专利技术对于锆金属的焊接可以减少加工坡口的工作量、减少焊材和保护气用量、减小焊接变形、提高焊缝质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锆金属的焊接方法，更具体地说是穿透型等离子弧焊接方法在锆金属焊接中 的应用方法。
技术介绍
穿透型等离子弧焊又称为小孔型、锁孔型、穿孔型等离子弧焊。它是利用等离子弧能量集中(能量密度可达105—106w/cm2)、温度髙(弧柱中心可达1800—24000K以上)、离子流 冲力大(可达300m/s以上)、刚直性好的特点，将工件完全熔透，并将工件穿一小孔，离子 流从背面小孔穿出。熔化金属在电弧吹力、液体金属重力、表面张力互相作用下保持平衡。 当小孔随焊接速度向前移动时，在电弧的后方锁闭，形成完全熔透的焊缝。等离子弧能否实现一次穿透工件，实现穿孔型焊接，这与等离子弧的能量密度、工件 的装配尺寸及各种焊接参数有关。随着工件厚度增加，所需能量密度增大，而等离子弧的能量密度是有限的，所以这种方 法适用的板厚受到限制。表1列出了等离子弧焊接一次焊透的板材厚度。表l:材料不锈钢镍及镍合金钛及钛合金锆(Zr702)焊接厚度(mm)《10《6《15《12穿透型等离子弧焊接对装配尺寸的要求主要是装配间隙和错边量。装配间隙太大(如大于0.5mra)，焊接时因形成的小孔直径太大或形不成小孔而导致焊穿。错边量过大(如大于 lmm)，则高位置一侧母材出现咬边。穿透型等离子弧焊接的工艺参数主要有等离子气种类和流量，保护气种类及流量、焊接 电流、电弧电压、焊接速度等。焊接时总是根据板厚或熔透要求首先选定焊接电流。为了形 成稳定的穿孔效应，等离子气应有足够的流量，并且要与焊接电流、焊接速度适当匹配。选 择调试各工艺参数时，应注意它们之间的匹配关系，才能获得最佳效果。等离子弧焊是一种先进实用的焊接方法，目前在不锈钢、镍及镍合金、钛及钛合金焊接 中得到广泛应用。但在国内外文献中，对锆(Zr702)的焊接方法仅限于电子束焊、激光焊、 氩弧焊。对锆的穿透型等离子弧焊接目前还没见相关报道。锆(Zr702)的化学性质特别活泼，尤其是在焊接过程中熔融锆的吸气性比较强，在200 *0与氢可生成ZrH"在300"可生成ZrO,。焊接时需用髙纯氩(99.99990进行保护，气体 保护稍有不慎，容易导致焊接部位变硬、变脆。还由于锆的熔点高(18521C)，故焊接时需用较大的能量来熔化临近焊缝的母材及焊材；熔池的流动性差，容易粘丝而导致产生层间及 坡口未熔合的焊接缺陷。然而电子束焊、激光焊设备昂贵，目前仅用在核设备的制造上，且因焊接时需形成真空 条件或在焊接屏蔽室内进行，对于大中型装备的焊接很难实现。氩弧焊虽然焊机便宜，操作 简单易行，但存在以下问题1、 生产效率太低，每条焊道焊缝金属厚度仅为2-3mm;2、 浪费人力，焊工每焊一段约250mm的焊道需等焊缝温度降到约200X:以下才能进行 下一段的焊接(约需等待2分钟)；3、 焊材消耗量大，因锆的流动性差，为保证能焊透，悍接坡口的钝边应小(为O-lmm)， 坡口角度要稍大(为65-70° )，这样将消耗大量的焊材。4、 浪费大量保护气体，焊接时需要背保护、侧保护和主保护，三个保护的气体流量之 和约为100L/min。5、 容易产生夹钨缺陷，因焊接时钨极伸出喷嘴(一般伸出长度为4-6咖)，且距离熔池 较近(一般钨极距离熔池仅l-3mm),焊接过程中钨极容易熔化到熔池中去。6、 需要进行大量的焊道间清理工作，因锆焊接容易被氧化，故每个焊道之间对焊接区 域均要进行严格的清理。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种锆的穿透型等离子弧焊接方 法。以期减少加工坡口的工作量、减少焊材和保护气用量、减小焊接变形、提高焊缝质量。 本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是本专利技术，是利用等离子弧穿透工件厚度，形成贯穿工件的 小孔；小孔周围的液体金属在电弧吹力、液体金属重力与表面张力作用下保持平衡，焊枪前 进时，在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝。本专利技术的特点是所述方法中相关技术参数的设置包括a、 焊接电流240-290A;b、 焊接速度14-18cm/min;c、 喷嘴离工件的距离3二5mm;d、 等离子气流量7-10L/min;保护气流量15_20L/rain;.并且，保护气流量与等离子 气流量的比例为2-3;本专利技术方法的特点也在于按如下方式进行引弧和收弧对直缝，釆用引弧板及熄弧板，首先在引弧板上形成小孔，然后过渡到工件，最后将小孔闭合在熄弧板上；对于环缝，采取焊接电流和离子气递增的方式在工件上起弧，完成引弧建立小孔并利用 电流和离子气流量递减的方法收弧闭合小孔；电流或离子气从0到工作值所用递增或递减的 时间为3-5秒。本专利技术方法的特点还在于采用如下接头形式，并符合如下装配要求 对锆的厚度小于或等于12mm,开出"I"型坡口，以穿透法单面焊双面成型一次焊透； 对锆的厚度大于12mm，开出"Y"型坡口，钝边为10咖，坡口角度为40° -60° ，以穿 透法单面焊双面成型打底，在完成离子弧打底后，其余的部分采用氩弧焊进行焊接； 接头的装配要求坡口型式"I"型、对接间隙《0.5 mrn、错边量《1 mm; 坡卩型式"Y"型、对接间隙《0.5 mm 、错边量《1咖。 与己有技术中氩弧焊相比，本专利技术的有益效果体现在1、 穿透型等离子弧能量密度髙，线能量大，效率高，适于髙熔点锆焊接时需用较大能量的电弧，以便形成焊接熔池的要求。厚度为6.35 12.7的锆板材开直坡口 (坡口间隙小 于等于0.5mm)可一次焊透，因电弧是将母材穿透的，焊接时母材正反面的温度差异很小， 故焊接变形很小，且不会出现层间或坡口未熔合等焊接缺陷。2、 锆的密度较小(为6.51g/cm3)，表面张力较大，利用等离子弧的小孔效应可以单道 焊接厚度较大的锆，熔池不易发生坍塌，焊缝成形良好。3、 等离子弧的电极是安装在喷嘴内的(一般内伸1.5 2mm)，不会接触到熔池，焊接 时不可能产生夹钨等焊接缺陷。4、 锆材很昂贵，使用等离子焊接可节省大量的焊材，大大减少了焊接工作量，并减少 焊接坡口的加工量(加工带角度的坡口也需先加工成I型坡口)。以下通过具体实施方式，结合附表对本专利技术作进一步描述具体实施例方式在对一定厚度范围内的金属进行焊接时，适当地配合电流、焊接速度及离子气流三个工 艺参数，等离子弧将会穿透整个工件厚度，形成一个贯穿工件的小孔。小孔周围的液体金属 在电弧吹力、液体金属重力与表面张力作用下保持平衡。焊枪前进时，在小孔前沿的熔化金 属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝。锆在开始和结束焊接时，因要填满小孔，形成良好的焊缝，要采用引弧板和收弧板或采 取焊接电流及离子气流量增减的措施。在焊接过程中为得到稳定的穿孔效应，等离子气应有 足够的流量，并且要与焊接电流、焊接速度适当匹配，具体按如下要求进行参数设置1、 焊接电流焊接电流是根据板厚或熔透要求来选定。焊接电流过小，难于形成小孔效应；焊接电流 增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形 成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。因此，在喷嘴结构确定后， 为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与 离子气的流量有关。锆的等离子弧焊焊接电流一般取240-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
锆的穿透型等离子弧焊接方法，利用等离子弧穿透工件厚度，形成贯穿工件的小孔；小孔周围的液体金属在电弧吹力、液体金属重力与表面张力作用下保持平衡，焊枪前进时，在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小孔后面并逐渐凝固成焊缝，其特征是所述方法中相关技术参数的设置包括：ａ、焊接电流：２４０－２９０Ａ；ｂ、焊接速度：１４－１８ｃｍ／ｍｉｎ；ｃ、喷嘴离工件的距离：３－５ｍｍ；ｄ、等离子气流量：７－１０Ｌ／ｍｉｎ；保护气流量：１５－２０Ｌ／ｍｉｎ；并且，保护气 流量与等离子气流量的比例为２－３。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴磊，崔军，张海波，葛新生，张姝丽，李红军，张均祥，
申请(专利权)人：合肥通用机械研究院，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]