鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝研究

鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝研究摘要：為探究鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝，解決TIC焊接中的難題。本研究以鈦合金管作為試材，采用直流脈沖鎢極氬弧焊機(jī)氬弧焊機(jī)，3D曲面焊接法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此次研究中，分區(qū)間設(shè)置焊接參數(shù)，基值時(shí)間為0.12S，峰值時(shí)間0.03s，基值電流為15A，并疊加脈沖電流的應(yīng)用，可以收到較好的焊接效果。此研究將為鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝的控制提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：TIG；焊接；曲面；鈦合金

材料是設(shè)備制造的基石。材料的性能和處理工藝將在很大程度上決定了設(shè)備的性能。隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，鈦合金材料被廣泛地應(yīng)用于航空、化工及醫(yī)療器械等領(lǐng)域，該型材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕及無磁、抗高溫等特點(diǎn)，成為航空、化工及醫(yī)療器械領(lǐng)域高端型材之一。制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的不斷發(fā)力，也使得鈦合金材料的應(yīng)用更加的廣泛。鈦合金材料在這些領(lǐng)域的應(yīng)用主要是以管系的搭建為主要樣式，而這一應(yīng)用方式在一定程度上對(duì)鈦合金材料的焊接工藝提出了更高的要求[1]。鈦合金曲面焊縫需要一次性獲得成型且尺寸均勻，同時(shí)需要能夠承受高溫、高壓、腐蝕等多條件的惡劣環(huán)境。這也就意味著焊縫一旦發(fā)生泄露將帶來無可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)損失。在對(duì)這一問題的深入研究中發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)對(duì)于鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝研究處于起步階段，就如何保證鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝的質(zhì)量當(dāng)前仍在探索當(dāng)中，本研究將以鈦合金曲面焊縫為研究對(duì)象，通過不同層面的鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝的展開對(duì)比研究，現(xiàn)報(bào)告如下：

1鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

采用鈦合金管作為試材，規(guī)格為：改為Φ32mm。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用直流脈沖鎢極氬弧焊機(jī)進(jìn)行3D曲面焊接法。焊接位置為拼焊。待焊接完成后對(duì)焊接成縫的尺寸、外觀及金相進(jìn)行檢驗(yàn)，并以此為結(jié)果展開對(duì)比分析。

2鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1精確分區(qū)焊接結(jié)果

此次研究的過程中采用精確分區(qū)法對(duì)TIG焊接工藝參數(shù)進(jìn)行確定。根據(jù)管件弧面各特征區(qū)間將其分為易融合、易融孔、以焊寬不足四個(gè)分段，并將每個(gè)焊段以1o為單位進(jìn)行劃分[2]。

2.2不同脈寬對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝中一般將焊合線的長(zhǎng)度來作為重要的評(píng)估指標(biāo)。在焊接的過程采用不同峰值和基值時(shí)間、峰值和基值電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，并以此來控制焊縫的寬度。此次研究中對(duì)不同脈寬比的焊接實(shí)驗(yàn)參數(shù)（詳見表1）的分析中可以發(fā)現(xiàn)，6#

、7#兩組實(shí)驗(yàn)中所采用的峰值和基值時(shí)間、峰值和基值電流參數(shù)下得到了較好的焊接效果。

2.3增設(shè)疊加脈沖電流對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

此次實(shí)驗(yàn)的過程中，通過對(duì)焊寬比的再次調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)焊縫的熔合線長(zhǎng)度發(fā)生了顯著的變化，但就融合效果上不太理想。因此在原脈沖電流的基礎(chǔ)上增加了疊加脈沖電流。結(jié)果顯示，在保持打底焊基值電流、峰值電流及基值時(shí)間的情況下，施加疊加脈沖電流后，鈦合金曲面焊縫熔合線的長(zhǎng)度得以明顯的改善，局部未融合、焊縫寬、紋路密集等現(xiàn)象基本消失[3]。

3鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)討論

3.1當(dāng)曲面焊縫采用插接的方式進(jìn)行焊接時(shí)，管線坡口區(qū)域的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。由于管線材質(zhì)的特性，易造成焊接過程中的流動(dòng)，因此在上坡段和下坡段區(qū)域出現(xiàn)了明顯的焊縫增寬的現(xiàn)象，影響了整個(gè)焊縫的外觀。在上拐點(diǎn)段和下拐點(diǎn)段，在線速度一定的情況下，在過渡點(diǎn)的停留時(shí)間稍長(zhǎng)，因受積熱效應(yīng)的影響，導(dǎo)致焊縫在寬度及均勻性層面出現(xiàn)了一定的不足，因此，鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝宜采用分區(qū)間設(shè)置的方式進(jìn)行焊接。

3.2此次研究中采用脈沖電流的方式來進(jìn)行焊接，在這一過程中通過對(duì)的峰值和基值時(shí)間、峰值和基值電流進(jìn)行調(diào)節(jié)以找到合理的參數(shù)。這些參數(shù)當(dāng)中，基值電流的主要作用是起到穩(wěn)定焊接過程的電弧的作用，其中，這一電流越小焊接電弧的穩(wěn)定性就越高。這一電流越高則越容易會(huì)導(dǎo)致峰谷之間的間隔時(shí)間拉長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致峰值盲區(qū)的出現(xiàn)，容易致使局部未熔合及紋路增加的情況。因此，在鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝中應(yīng)對(duì)峰值電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之能夠與脈寬比向匹配，進(jìn)而試下對(duì)焊縫寬度的合理控制。此次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，也引入了疊加電流這一控制變量，來實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫熔合線長(zhǎng)度的干預(yù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這一電流的引入使得焊接中的瞬間電流得以提升，從而使得管線焊接的焊縫熔合線長(zhǎng)度得到進(jìn)一步的控制，受到了較好的效果[4]。

4鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)中，通過分區(qū)間地設(shè)置焊接參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鈦合金曲面焊縫TIG焊縫重新的有效控制。

（2）鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝實(shí)驗(yàn)中，對(duì)脈動(dòng)電流和疊加脈動(dòng)電流的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦合金曲面焊縫融合線長(zhǎng)度的合理控制，進(jìn)而提供鈦合金曲面焊縫TIG焊接工藝的效能。

參考文獻(xiàn)：

[1]烏彥全.薄壁曲面鈦合金慣性摩擦焊縫質(zhì)量超聲相控陣檢測(cè)研究[D].機(jī)械科學(xué)研究總院;機(jī)械科學(xué)研究總院哈爾濱焊接研究所,2019.

[2]張永和,何俊,翟大鵬,等.TC4鈦合金壓力容器電子束焊接模擬分析[J].焊接學(xué)報(bào),2017,38(5):18-21,48.

[3]重慶市瑞友機(jī)械廠.一種多曲面的