專利名稱:鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接領(lǐng)域，尤其是一種用于鈦合金的電弧焊接方法。
背景技術(shù)：
鈦合金容器類產(chǎn)品，一般采用電子束或氬弧焊焊接工藝進行焊接生產(chǎn)。
由于電子束屬于高能束焊接，其產(chǎn)熱機理決定了鈦合金焊接時焊縫背面存在飛濺“多余物”，附著在容器內(nèi)壁表面上，難以清理。焊接工作者采取電子束散焦等工藝方法努力減少飛濺，但由于飛濺的產(chǎn)生是電子束焊產(chǎn)熱機理上的問題，所以，雖可以改善，但仍難以徹底消除。
而采用鎢極氬弧焊焊接鈦合金容器類產(chǎn)品，則由于鈦合金熔點高，流動性好，導(dǎo)熱系數(shù)小等原因，易于產(chǎn)生“燒穿”缺陷，所以必須采用短弧焊接，焊接操作難度較大。且由于鈦合金焊接時保護要求很高，處于高溫的近縫區(qū)金屬極易發(fā)生氧化、吸氫和吸氮，而且熱影響區(qū)過熱使得晶粒長大，從而造成接頭力學(xué)性能下降。
空心陰極焊接機理是采用一個管狀陰極焊槍，在真空條件下，通入少量氬氣作為電離介質(zhì)。當(dāng)從陰極逸出的電子受到空間電場的作用漸漸被加速后，同氣體的原子發(fā)生碰撞，使這些氣體原子激發(fā)和電離。新產(chǎn)生的陽粒子再轟擊陰極，如此互為因果，互相促進，使陰極表面溫度上升，從而可以發(fā)射出高電流密度的熱電子，維持電弧的自持放電。從而形成焊接所需的電弧，熔化工件實現(xiàn)連接。
前蘇聯(lián)對空心陰極焊接技術(shù)的研究始于1969年，最初的研究工作是由包曼工學(xué)院焊接教研室開展的。七十年代后期進行了空心陰極電弧放電特性、焊接規(guī)范及工藝性的全面研究。八十年代初期在原蘇聯(lián)推廣應(yīng)用，替代電子束焊用于鈦合金容器類產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)。在此之后，改進空心陰極槍結(jié)構(gòu)，提高空心陰極壽命和電弧放電機理等方面的研究工作仍在進行中。但是前蘇聯(lián)所研究的焊接工藝為常規(guī)熔透型工藝，即焊縫較寬，接近于氬弧焊焊縫成形，焊接工藝裕度較小。國內(nèi)外尚無鈦合金空心陰極穿透電弧焊接工藝技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容為了避免上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，不僅提高焊接接頭綜合力學(xué)性能，提高焊接工藝裕度，而且可滿足鈦合金容器類產(chǎn)品焊接工程應(yīng)用的需要，實現(xiàn)單面焊雙面成形，避免電子束焊接鈦合金時引起的焊接飛濺“多余物”問題，又可避免氬弧焊時熱影響區(qū)過熱和不易保護問題。
本發(fā)明所用的焊槍是管狀凹形膜片陰極焊槍(專利號ZL98249088.7)和米勒焊接電源，在真空條件下，通入少量氣體作為電離介質(zhì)。當(dāng)從陰極逸出的電子受到空間電場的作用漸漸被加速后，同氣體的原子發(fā)生碰撞，使這些氣體原子激發(fā)和電離。新產(chǎn)生的陽粒子再轟擊陰極，如此互為因果，互相促進，使陰極表面溫度上升，從而可以發(fā)射出高電流密度的熱電子，維持電弧的自持放電。從而形成焊接所需的電弧，熔化工件實現(xiàn)連接。
當(dāng)焊接參數(shù)符合一定的條件時，在鈦合金焊接過程中，焊接熔池中央始終存在一個穿透型小孔，電弧貫穿整個焊接板厚，背面可見電弧柱，收弧時在焊接過程中衰減電流，小孔逐漸閉合，最后完全消失。
實現(xiàn)鈦合金空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法必要的條件如下(1)建立真空環(huán)境的焊接室，室內(nèi)氣壓小于5×10-2Pa；(2)焊槍的管狀陰極中通入(5～50)ml/min氣體；(3)采用一組匹配的直流脈沖焊接工藝參數(shù)，基值電流與峰值電流比值為0.5～0.8，峰值電流在一個脈沖周期中所占時間(占空比)為10％～50％；脈沖頻率為1～10Hz。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果1、本發(fā)明形成的焊縫較窄(相當(dāng)于熔透工藝的60％)，熱影響區(qū)也減小。焊縫寬度與電子束散焦焊接(為減少焊接飛濺)焊縫寬度相近。焊縫成形尤其是焊縫背面均勻一致，而且焊接工藝裕度較大，即當(dāng)焊接電流在一定范圍內(nèi)波動，焊縫成形仍能穩(wěn)定、均勻一致。
2、采用本發(fā)明的方法，可大大提高鈦合金容器類產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，由于焊接工藝裕度較大，例如在焊接電流波動時焊縫成型仍能穩(wěn)定、均勻一致，使焊接操作難度大大降低，便于批量生產(chǎn)時保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。
具體實施方式空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法需要在一定的焊接參數(shù)條件下才能建立。
當(dāng)鈦合金厚度為4.5mm，焊接電流為220A時，基值電流與峰值電流比值為0.7，峰值電流在一個脈沖周期中所占時間(占空比)為50％；脈沖頻率為4Hz時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的空心陰極小孔型穿透電弧焊接。
當(dāng)焊接電流為250A，基值電流與峰值電流比值為0.55，峰值電流在一個脈沖周期中所占時間(占空比)為50％；脈沖頻率為4Hz時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的空心陰極小孔型穿透電弧焊接。
當(dāng)焊接電流為280A，基值電流與峰值電流比值為0.55，峰值電流在一個脈沖周期中所占時間(占空比)為40％；脈沖頻率為4Hz時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的空心陰極小孔型穿透電弧焊接。
當(dāng)焊接電流小于220A或大于280A，因焊接熱輸入量不足或過大，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的空心陰極小孔型穿透電弧焊接。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，其特征在于在真空條件下，通入少量氣體作為電離介質(zhì)，當(dāng)焊接參數(shù)符合一定的條件時，在鈦合金焊接過程中，焊接熔池中央始終存在一個穿透型小孔，電弧貫穿整個焊接板厚，背面可見電弧柱，收弧時在焊接過程中衰減電流，小孔逐漸閉合，最后完全消失。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，其特征在于建立真空環(huán)境的焊接室，室內(nèi)氣壓小于5×10-2Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，其特征在于焊槍的管狀陰極中通入(5～50)ml/min氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，其特征在于基值電流與峰值電流比值為0.5～0.8，峰值電流在一個脈沖周期中所占時間(占空比)為10％～50％；脈沖頻率為1～10Hz。
專利摘要
一種鈦合金真空空心陰極小孔型穿透電弧焊接方法，是在一定的設(shè)備條件和焊接參數(shù)條件下實現(xiàn)的，即在鈦合金焊接過程中，焊接熔池中央始終存在一個穿透型小孔，電弧貫穿整個焊接板厚，背面可見電弧柱，收弧時衰減電流，小孔逐漸閉合，最后完全消失。本發(fā)明的焊接方法可大大提高鈦合金容器類產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，焊接工藝裕度較大，便于批量生產(chǎn)時保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，填補國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的空白。
文檔編號B23K9/073GK1990151SQ200510135348
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日
發(fā)明者劉志華, 趙青 申請人:航天材料及工藝研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan