[發(fā)明專利]一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113305401B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設計）人: 雷小偉;崔永杰;張毅
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/235;B23K9/32
• 代理公司: 北京市中聯(lián)創(chuàng)和知識產權代理有限公司 11364
• 代理人: 李向陽;王錚

一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置，該焊接裝置包括He供氣組件、Ar供氣組件、GTAW焊槍、待焊工件、供電電源、控制機構和供氣管路，本發(fā)明的一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置及方法，從焊接保護氣的角度出發(fā)，利用Ar和He的電弧壓力差，針對性地設計了氬（Ar）?氦（He）交替供氣對熔池進行保護的工藝，以實現(xiàn)焊接過程中熔池內液態(tài)金屬的主動流動性，避免未熔合現(xiàn)象的發(fā)生。整個焊接裝置操作簡單，焊接效率高，降低了焊接處的氣孔率，并可根據不同的板厚和坡口角度對氣體配比和交替頻率進行調整，以達到最佳的焊接效果，實用效果較好。

技術領域

本發(fā)明涉及鈦合金件的GTAW焊接技術領域，具體的說是一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置及方法。

背景技術

鈦及鈦合金以其高比強度、優(yōu)質抗腐蝕性能以及無磁性等一系列優(yōu)點，在海洋工程、船舶建造、石油化工、航空航天、交通運輸和核電設備等工業(yè)領域廣泛應用。鈦及鈦合金最常用的焊接方法是非熔化極惰性氣體保護焊（GTAW）。對于厚度≥3mm的母材，采用GTAW焊接時，需要加工V型坡口（通常45°~60°），對于厚度大于10~15mm的大厚度結構，還需要加工X型坡口焊接。隨著母材厚度的增加，坡口填充量不斷加大，不但焊絲耗費增加，且由于鈦合金剛度低，易造成更大的焊接變形量，焊接質量難以保證。

為了降低中大厚度鈦合金GTAW的焊絲填充量，鈦合金窄間隙GTAW應運而生，窄間隙GTAW焊接時，采用更窄的坡口設計，通常≤15°，為了增加焊縫根部的可達性，通常采用加長鎢極的方式。窄間隙GTAW既可采用手工，也可采用機動，可大大降低中厚板焊接的焊材填充量和焊后產品的變形，受到行業(yè)的重視，發(fā)展迅速。

但是，對于厚度較大，或者坡口角度較小的鈦合金窄間隙GTAW，當采用手工焊接時，由于焊槍的視線干擾，且運槍姿態(tài)受到坡口側壁位置限制，會造成填絲和電弧對熔池加熱的不匹配，極易產生未熔合缺陷。如附圖1所示，為現(xiàn)有技術中窄間隙GTAW的焊接過程原理圖，對于母材厚度h為30mm的鈦合金板材GTAW時可以看出，在側壁及熔池邊緣往往是電弧邊緣，電弧能量不夠集中，極易造成能量不足，產生未熔合缺陷；當采用自動GTAW窄間隙時，由于最小電壓原理，電弧總是優(yōu)先指向距鎢極尖端最近的母材，電弧指向性變弱，同樣容易產生層間未熔合。這也是鈦及鈦合金窄間隙GTAW推廣應用受到制約的原因。

發(fā)明內容

為了解決現(xiàn)有技術中鈦合金窄間隙GTAW焊接易出現(xiàn)側壁及層間未熔合，焊接質量不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明提供了一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置及方法，其從焊接保護氣的角度出發(fā)，利用Ar和He的電弧壓力差，針對性地設計了氬（Ar）-氦（He）交替供氣對熔池進行保護的工藝，以實現(xiàn)焊接過程中熔池內液態(tài)金屬的主動流動性，避免未熔合現(xiàn)象的發(fā)生。整個焊接裝置操作簡單，焊接效率高，降低了焊接處的氣孔率，并可根據不同的板厚和坡口角度對氣體配比和交替頻率進行調整，以達到最佳的焊接效果，實用效果較好。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種交替供氣式鈦合金窄間隙GTAW用焊接裝置，該焊接裝置包括He供氣組件、Ar供氣組件、GTAW焊槍、待焊工件、供電電源、控制機構和供氣管路，其中，He供氣組件和Ar供氣組件分別通過一段供氣管路與GTAW焊槍連接，為GTAW焊槍提供焊接時的保護氣流，在兩段供氣管路上分別設置有用于調節(jié)氦氣氣流的高頻閥A和用于調節(jié)氬氣氣流的高頻閥B，所述的控制機構包括相互之間電連接的供電單元、A路供電電路、B路供電電路、A路驅動電路、B路驅動電路、顯示模塊和人機交互模塊，供電單元與供電電源連接，為整個控制機構提供電力支持，A路供電電路和A路驅動電路均與高頻閥A連接，以分別為高頻閥A提供電力和驅動信號，B路供電電路和B路驅動電路與高頻閥B連接，以分別為高頻閥B提供電力和驅動信號，顯示模塊用于顯示整個控制機構的工作信息，人機交互模塊用于人工控制和輸入信息，所述的GTAW焊槍也與供電電源連接，并能夠在供電電源的電力供給下，經由高頻閥A和高頻閥B的氣體調控，為待焊工件的焊接提供Ar-He交替供氣式氣流保護。