一种厚度为16mm的TA2钛板激光电弧复合焊焊接方法与流程

一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法
技术领域
1.本发明涉及焊接技术领域，具体为一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法。


背景技术：

2.ta2钛板作为工业纯钛板，具有优良的力学性能和抗腐蚀能力，一般被应用于航空航天、压力容器等，同时也可进行各种形式的焊接，焊接接头强度可达基体金属强度90％，且切削加工性能良好。
3.氩弧焊焊接ta2钛板最主要问题是焊件热量大、焊缝晶粒粗大、韧性差、变形严重且焊接效率低，激光焊接在焊接速度、精度、可靠性、焊接质量以及实现自动化方面与传统的焊接技术相比具有很大的优势，但是激光焊焊接厚钛板目前不够成熟，稳定性差，激光复合焊兼顾激光焊的高熔透、电弧焊接的高熔宽等优点，在工业界得到了应用，一般情况下是激光在前，电弧在后，从而实现较好的工艺性能，电弧熔池在填满焊接间隙的同时，也实现了较好的焊缝过度，从而确保焊接质量，焊接间隙在2mm以内的钛板对接，参数优化后的激光电弧焊可实现较好的焊道，但是当焊板间隙超过2～4mm时，现有技术不能实现单道次的焊满，此外，当不开坡口的对接焊板的厚度超过10mm，且间隙超过2～4mm时，也很难实现全焊透。
4.本发明提供了一种激光和电弧同步摆动的ta2钛板材激光电弧复合焊焊接方法，解决了现有技术间隙低、钛板厚度薄、焊接接头韧性差的问题，可实现厚度为16mm钛厚板的高质量焊接。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明的目的是对于传统氩弧焊焊接厚钛板，由于热量大使得焊缝晶粒粗化，导致焊接接头韧性差、容易脆化且加工效率低的问题，提供一种厚度为16mm的ta2钛板材激光电弧复合焊焊接方法，焊接过程中，ipg激光器打底，tig电弧焊填丝，可实现钛厚板的高质量焊接。
7.(二)技术方案
8.为实现上述钛厚板高质量焊接的目的，本发明提供如下技术方案：一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，包括以下步骤：
9.s1：选择厚度为16mm厚度的ta2钛板，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括ipg激光器和tig电弧焊机；
10.s2：对ta2钛板进行单面开坡口，将ta2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光；
11.s3：再对ta2钛板磨光的表面进行化学清理，取出金属表面肌肤层及氧化膜，将ta2钛板在浓度为5％的hf溶液中清洗10秒，清洗温度为室温，水洗后再用丙酮清洗，然后烘干；
12.s4：将两块需焊接的ta2钛板在同一平面进行对接放置，对ta2钛板正、背面同时通保护气体保护8-10min，保护气体为纯度大于99.999％的氩气；
13.s5：通过ipg激光器对烘干后的ta2钛板进行激光打底，电弧填丝，激光束与焊丝沿垂直于焊接方向进行频率为15～30hz的同步摆动，摆动幅度为焊板间隙的0.5～0.8倍；
14.s6：通过tig电弧焊机以一定的焊接速度进行焊接，施焊过程中，焊丝与焊件间保持60～70
°
夹角，焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池；
15.s7：焊接结束后，继续通氩气保护6～8min。
16.优选的，所述ta2钛板材的成分质量百分比:ni:0.03％，cr：0.010～0.030％，fe：0.012～0.032％，c：0.1～0.12％，o：0.058～0.08％，其它元素单个≤0.005％、其它元素总和≤0.05％，余量为ti。
17.优选的，所述单面开坡口坡度为45～60
°
，激光打底厚度为8～10mm，焊丝填充2～3道。
18.优选的，所述ipg激光器的激光功率为15～20kw，激光光斑为3～6mm，激光束聚焦焦距为150～250mm，离焦量为-3mm～+3mm，焊板间隙为1～2mm。
19.优选的，所述tig电弧焊机通电电流为150～450a，焊丝直径为0.8～1.2mm。
20.优选的，所述tig电弧焊机的焊接速度为0.6～1.2m/min，保护气流氩气流量为40～55l/min。
21.(三)有益效果
22.与现有技术相比，本发明提供了一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，具备以下有益效果：
23.该厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，焊接过程中，ipg激光器打底，tig电弧焊填丝，通过采用激光电弧复合焊依次对钛板进行焊接，具有焊缝宽效率高、对装配间隙不敏感，并且加热时间短，焊接热量损失也明显减小，成本低，加热区窄，加热更为集中，热输入量小，焊接热影响区小、有助于后续焊接过程的实施，并有利于焊接接头微观组织的均匀化，延伸率高等优点，整个焊接过程中连接接头质量及其稳定性较好，从而可以实现钛厚板的大间隙、大厚度坡口的高效一次性焊接，解决了现有技术间隙低、钛板厚度薄、焊接接头韧性差的问题。
附图说明
24.图1为本发明中钛板的单面开坡口坡度为45
°
，激光打底厚度为8mm的结构示意图；
25.图2为本发明中钛板的单面开坡口坡度为45
°
，激光打底厚度为10mm的结构示意图；
26.图3为本发明中钛板的单面开坡口坡度为60
°
，激光打底厚度为10mm的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，包括以下步骤：
30.s1：选择厚度为16mm厚度的ta2钛板，ta2钛板材的成分质量百分比:ni:0.03％，cr：0.018％，fe：0.025％，c：0.1％，o：0.058％，其它元素单个≤0.005％、其它元素总和≤0.05％，余量为ti，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括ipg激光器和tig电弧焊机；
31.s2：对ta2钛板进行单面开坡口，单面开坡口坡度为45
°
，激光打底厚度为8mm，电弧填充3道，将ta2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光；
32.s3：再对ta2钛板磨光的表面进行化学清理，取出金属表面肌肤层及氧化膜，将ta2钛板在浓度为5％的hf溶液中清洗10秒，清洗温度为室温，水洗后再用丙酮清洗，然后烘干；
33.s4：将两块需焊接的ta2钛板在同一平面进行对接放置，焊板间隙为1mm，对ta2钛板正、背面同时通保护气体保护8min，保护气体为纯度大于99.999％的氩气；
34.s5：通过ipg激光器对烘干后的ta2钛板进行激光打底，电弧填丝，激光束与焊丝沿垂直于焊接方向进行频率为18hz的同步摆动，摆动幅度为焊板间隙的0.5倍，主激光器的激光功率为15kw，激光光斑为4mm，激光束聚焦焦距为200mm，离焦量为-3mm～+3mm；
35.s6：通过tig电弧焊机以一定的焊接速度进行焊接，施焊过程中，焊丝与焊件间保持60
°
夹角，焊丝直径为0.8mm，tig电弧焊机通电电流为150～450a，焊接速度为0.6m/min，保护气流流量为40l/min，焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池；
36.s7：焊接结束后，继续通氩气保护6min。
37.实施例2
38.一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，包括以下步骤：
39.s1：选择厚度为16mm厚度的ta2钛板，ta2钛板材的成分质量百分比:ni:0.03％，cr：0.030％，fe：0.012％，c：0.12％，o：0.08％，其它元素单个≤0.005％、其它元素总和≤0.05％，余量为ti，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括ipg激光器和tig电弧焊机；
40.s2：对ta2钛板进行单面开坡口，单面开坡口坡度为45
°
，激光打底厚度为10mm，电弧填充2道，将ta2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光；
41.s3：再对ta2钛板磨光的表面进行化学清理，取出金属表面肌肤层及氧化膜，将ta2钛板在浓度为5％的hf溶液中清洗10秒，清洗温度为室温，水洗后再用丙酮清洗，然后烘干；
42.s4：将两块需焊接的ta2钛板在同一平面进行对接放置，焊板间隙为1.5mm，对ta2钛板正、背面同时通保护气体保护9min，保护气体为纯度大于99.999％的氩气；
43.s5：通过ipg激光器对烘干后的ta2钛板进行激光打底，电弧填丝，激光束与焊丝沿垂直于焊接方向进行频率为20hz的同步摆动，摆动幅度为焊板间隙的0.6倍，主激光器的激光功率为18kw，激光光斑为4mm，激光束聚焦焦距为200mm，离焦量为-3mm～+3mm；
44.s6：通过tig电弧焊机以一定的焊接速度进行焊接，施焊过程中，焊丝与焊件间保持65
°
夹角，焊丝直径为1mm，tig电弧焊机通电电流为150～450a，焊接速度为0.9m/min，保护气流流量为50l/min，焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池；
45.s7：焊接结束后，继续通氩气保护7min。
46.实施例3
47.s1：选择厚度为16mm厚度的ta2钛板，ta2钛板材的成分质量百分比:ni:0.03％，cr：0.010％，fe：0.032％，c：0.12％，o：0.08％，其它元素单个≤0.005％、其它元素总和≤0.05％，余量为ti，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括ipg激光器和tig电弧焊机；
48.s2：对ta2钛板进行单面开坡口，单面开坡口坡度为60
°
，激光打底厚度为10mm，电弧填充2道，将ta2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光；
49.s3：再对ta2钛板磨光的表面进行化学清理，取出金属表面肌肤层及氧化膜，将ta2钛板在浓度为5％的hf溶液中清洗10秒，清洗温度为室温，水洗后再用丙酮清洗，然后烘干；
50.s4：将两块需焊接的ta2钛板在同一平面进行对接放置，焊板间隙为2mm，对ta2钛板正、背面同时通保护气体保护10min，保护气体为纯度大于99.999％的氩气；
51.s5：通过ipg激光器对烘干后的ta2钛板进行激光打底，电弧填丝，激光束与焊丝沿垂直于焊接方向进行频率为25hz的同步摆动，摆动幅度为焊板间隙的0.8倍，主激光器的激光功率为18kw，激光光斑为4mm，激光束聚焦焦距为200mm，离焦量为-3mm～+3mm；
52.s6：通过tig电弧焊机以一定的焊接速度进行焊接，施焊过程中，焊丝与焊件间保持70
°
夹角，焊丝直径为1.2mm，tig电弧焊机通电电流为150～450a，焊接速度为1.2m/min，保护气流流量为55l/min，焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池；
53.s7：焊接结束后，继续通氩气保护8min。
54.实施例1～3的方法，对厚度16mm的ta2钛板焊接过程中，焊接接头的剪切强度的测定结果如下表所示：
[0055] 焊接强度/mpa焊接延伸率/％实施例130538.3％实施例232340.1％实施例331840.5％
[0056]
综上所述，该厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，焊接过程中，ipg激光器打底，tig电弧焊填丝，通过采用激光电弧复合焊依次对钛板进行焊接，具有焊缝宽效率高、对装配间隙不敏感，并且加热时间短，焊接热量损失也明显减小，成本低，加热区窄，加热更为集中，热输入量小，焊接热影响区小、有助于后续焊接过程的实施，并有利于焊接接头微观组织的均匀化，延伸率高等优点，整个焊接过程中连接接头质量及其稳定性较好，从而可以实现钛厚板的大间隙、大厚度坡口的高效一次性焊接，解决了现有技术间隙低、钛板厚度薄、焊接接头韧性差的问题。
[0057]
本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
[0058]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：选择厚度为16mm厚度的ta2钛板，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括ipg激光器和tig电弧焊机；s2：对ta2钛板进行单面开坡口，将ta2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光；s3：再对ta2钛板磨光的表面进行化学清理，取出金属表面肌肤层及氧化膜，将ta2钛板在浓度为5％的hf溶液中清洗10秒，清洗温度为室温，水洗后再用丙酮清洗，然后烘干；s4：将两块需焊接的ta2钛板在同一平面进行对接放置，对ta2钛板正、背面同时通保护气体保护8-10min，保护气体为纯度大于99.999％的氩气；s5：通过ipg激光器对烘干后的ta2钛板进行激光打底，电弧填丝，激光束与焊丝沿垂直于焊接方向进行频率为15～30hz的同步摆动，摆动幅度为焊板间隙的0.5～0.8倍；s6：通过tig电弧焊机以一定的焊接速度进行焊接，施焊过程中，焊丝与焊件间保持60～70
°
夹角，焊丝沿着熔池前端平稳、均匀的送入熔池；s7：焊接结束后，继续通氩气保护6～8min。2.根据权利要求1所述的一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，所述ta2钛板材的成分质量百分比:ni:0.03％，cr：0.010～0.030％，fe：0.012～0.032％，c：0.1～0.12％，o：0.058～0.08％，其它元素单个≤0.005％、其它元素总和≤0.05％，余量为ti。3.根据权利要求1所述的一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，所述单面开坡口坡度为45～60
°
，激光打底厚度为8～10mm，焊丝填充2～3道。4.根据权利要求1所述的一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，所述ipg激光器的激光功率为15～20kw，激光光斑为3～6mm，激光束聚焦焦距为150～250mm，离焦量为-3mm～+3mm，焊板间隙为1～2mm。5.根据权利要求1所述的一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，所述tig电弧焊机通电电流为150～450a，焊丝直径为0.8～1.2mm。6.根据权利要求1所述的一种厚度为16mm的ta2钛板激光电弧复合焊焊接方法，其特征在于，所述tig电弧焊机的焊接速度为0.6～1.2m/min，保护气流氩气流量为40～55l/min。

技术总结
本发明涉及焊接技术领域，且公开了一种厚度为16mm的TA2钛板激光电弧复合焊焊接方法，包括以下步骤，S1：选择厚度为16mm厚度的TA2钛板，准备激光电弧复合焊焊接设备，激光电弧复合焊焊接设备主要包括IPG激光器和TIG电弧焊机；S2：对TA2钛板进行单面开坡口，将TA2钛板被焊接的表面用不同目数的砂纸进行逐级磨光。该厚度为16mm的TA2钛板激光电弧复合焊焊接方法，焊接过程中，IPG激光器打底，TIG电弧焊填丝，通过采用激光电弧复合焊依次对钛板进行焊接，具有焊缝宽效率高、焊接热影响区小、延伸率高等优点，从而可以实现钛厚板的大间隙、大厚度坡口的高效一次性焊接，解决了现有技术间隙低、钛板厚度薄、焊接接头韧性差的问题。焊接接头韧性差的问题。焊接接头韧性差的问题。


技术研发人员：冯庆 陈元园 张乐 王超 李梦媛 王思琦 韩坤炎 沈楚
受保护的技术使用者：西安泰金新能科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/14