[發明專利]一種以二氧化碳作為環境氣氛的鈦合金焊接系統和焊接方法

有效

• 申請號: 202110778271.X
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113414474B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 程方杰;樊立民;武少杰;鄭震旦;薛漫野
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K9/173
• 分類號: B23K9/173;B23K9/32;B23K103/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明屬于焊接技術領域，公開了一種以CO₂作為環境氣氛的鈦合金焊接系統和焊接方法，該焊接系統包括具有頂部窗口的環境室，環境室密封連接CO₂進氣管道，帶孔隔板將環境室內部空間分為上半部分和下半部分，下半部分鋪灑有干冰層，上半部分設置有焊接工作臺；焊接方法為焊接前利用CO₂進氣管道通入CO₂置換環境室內部空氣，焊接過程干冰層持續向環境室內部提供CO₂。本發明充分利用CO₂氣體密度大、比熱容大以及比空氣氧化性弱等特點，實現在充滿CO₂氣體的半開放環境中進行鈦合金高效熔化極電弧焊；能夠簡化設備并降低保護成本，提高焊接過程的安全性；并且提高焊接保護形式的空間靈活性，實現復雜結構件的空間焊縫保護。

技術領域

本發明屬于焊接技術領域，具體的說，是涉及一種適用于鈦合金的焊接系統和焊接方法。

背景技術

鈦及鈦合金高溫活性較強，250℃開始吸氫，400℃開始吸氧，600℃開始吸氮。在焊接過程中保護措施不當時，焊縫會吸收這些有害氣體造成接頭性能惡化。其中氧氣的影響最為嚴重，會造成高溫焊縫金屬的嚴重氧化，故必須對400℃以上的焊接區域采取適當的保護措施，避免其接觸空氣。

目前工程上普遍采用的技術是使高溫焊縫處于惰性氣體氛圍中，這種保護方式分為整體保護方式和局部保護方式兩種。

整體保護方式為焊接過程中整個焊件都處于一個完全密封的整體充滿氬氣的環境箱 (針對小尺寸工件，人在外部操作)或環境室(針對大型工件，人和設備都在其內部)中進行整體保護。整體保護方式為了使得整個環境室保持較高濃度的氬氣，通常需要復雜的排氣和充氣系統，需要持續通入氬氣來保持環境中的氬氣濃度，氣體消耗量大，成本較高。并且，由于焊接操作人員也要進入全封閉的惰性氣體環境室，因此一旦發生安全事故，需要打開艙門這一步驟，焊接操作人員才能被援救出來，消耗時間較長，對焊接操作人員生命威脅較大。

局部保護方式為采用傳統焊接尾罩通惰性保護氣的方式，使高溫焊縫及其附近母材持續處于惰性氣體氛圍中而受到保護。這種尾罩只對長直焊縫和環形焊縫等幾種較規則的焊縫具有較好的保護效果；針對不同結構形式和尺寸構件的焊縫，都需要針對性的設計制造尾罩。而且尾罩的保護效果還受裝配的貼合效果和操作技巧的影響，難以保證焊縫質量穩定性。更重要的是對于復雜的全鈦合金結構件上大量存在的空間焊縫，尾罩保護方式將不再適用。

發明內容

本發明著力于解決鈦合金焊接過程中由于焊縫金屬冷卻速度慢，高溫停留時間長，焊縫金屬會被空氣中氧氣嚴重氧化進而影響焊縫質量的技術問題，提供了一種以CO₂作為環境氣氛的鈦合金焊接系統和焊接方法，充分利用了CO₂氣體具有密度大、比熱容大以及比空氣氧化性弱等特點，實現在一個充滿CO₂氣體的半開放環境中進行鈦合金的高效熔化極電弧焊；相對于整體保護方式，能夠簡化設備并降低保護成本，提高焊接過程的安全性；相對于局部保護方式，能夠提高其保護形式的空間靈活性，實現復雜結構件的空間焊縫保護。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

根據本發明的一個方面，提供了一種以CO₂作為環境氣氛的鈦合金焊接系統，包括：

環境室，所述環境室具有頂部敞口；

防對流蓋板，所述防對流蓋板閉合狀態下對所述環境室的頂部敞口部分遮擋，未遮擋部分形成所述環境室的頂部窗口；

CO₂進氣管道，所述CO₂進氣管道與所述環境室密封連接并且與所述環境室內部相連通，用于向所述環境室內部通入CO₂氣體；