一種超音頻直流脈沖熔焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接方法，尤其涉及對(duì)不銹鋼、鈦、銅等薄板的精密焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ti2AlNb合金不僅具有較高的比強(qiáng)度、比剛度，還有高溫蠕變抗力、斷裂韌性高、抗氧化性好、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，因此它已經(jīng)成為最具潛力的新型航空航天用輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料。由于宇航部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多為同種或異種材料連接，因此Ti2AlNb合金的焊接研宄已經(jīng)成為此類材料推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。Ti2AlNb合金對(duì)其焊接方法的研宄已經(jīng)有了很大的成果，比如真空電子束焊接已經(jīng)研宄得相當(dāng)成熟，得到了性能優(yōu)異的焊接接頭。但減低焊接成本，得到性價(jià)比高的焊接接頭也是一個(gè)亟待解決的問題。
[0003]常用的鎢極氬弧焊方法存在能量密度低、焊接熔深淺等不足，直接影響著其應(yīng)用范圍。在傳統(tǒng)氬弧焊焊接工藝的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計(jì)了幾種新型的氬弧焊焊接方法:活性劑氬弧焊，根據(jù)鈦合金氬弧焊的研宄，使用活性劑的焊接工藝焊接接頭明顯增加焊縫熔深，縮小熱影響區(qū)寬度，改善焊縫成形和結(jié)晶過程；超音頻直流脈沖氬弧焊，脈沖電流的頻率越高，焊縫組織越好，可有效的減少沿晶裂紋，獲得優(yōu)異的接頭性能；改善的直流脈沖氬弧焊，將焊接過程處于充氬氣的環(huán)境中，可以對(duì)焊接接頭進(jìn)行更好的保護(hù)，減少有害雜質(zhì)氣體的侵入，或?qū)⒑附游恢梅旁阢~墊板或者鋼墊板上施焊會(huì)對(duì)焊接接頭產(chǎn)生有利的影響。這些新型的氬弧焊工藝不僅能夠克服傳統(tǒng)方法的不足，又能繼承其成本低操作方便等優(yōu)點(diǎn)。然而在這幾種新型的氬弧焊焊接方法中，獲得的Ti2AlNb合金焊接接頭性能最好的是采用超音頻直流脈沖氬弧焊方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、脈沖電流頻率高和焊接熱輸入過程具有調(diào)節(jié)能力的電弧焊方法，用于實(shí)現(xiàn)不銹鋼、鈦、銅等薄板，及這些材料的中厚板的有效焊接。
[0005]本發(fā)明是一種超音頻直流脈沖熔焊方法，采用超音頻直流脈沖TIG焊機(jī)，在焊接過程中可以進(jìn)行填充焊絲或不填充焊絲焊接。通過采用超音頻脈沖直流電控制熱輸入量，得到均勻的熔深，細(xì)化焊縫中的晶粒和減少焊縫中的氣孔量，從而提高接頭的力學(xué)性能。
[0006]優(yōu)選地，電源的脈沖電流頻率彡20kHz,占空比調(diào)節(jié)范圍10%?80%。峰值電流產(chǎn)生電路輸出電壓為50?70V，輸出電流為I?300A。基值電流產(chǎn)生電路輸出電壓為50?70V，輸出電流為I?300A，電流變化率di/dt彡50A/us。
[0007]本發(fā)明超音頻直流脈沖TIG焊工藝穩(wěn)定性好，接頭表面成形連續(xù)、均勻、美觀、焊接過程幾乎無飛濺。焊接接頭的平均抗拉剪強(qiáng)度為804MPa，最大的可達(dá)978MPa。因此該工藝方法可達(dá)到較高的抗拉剪強(qiáng)度，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。
[0008]本發(fā)明具有以下有益效果:通過采用脈沖電流，熔池金屬高溫停留時(shí)間短，金屬冷卻速度快，可減少合金產(chǎn)生裂紋的傾向性；可以減少焊接電流的有效值，降低焊接的熱輸入量，電弧能量集中且挺度大，有利于薄板的焊接，焊接熱影響區(qū)和焊接變形??；可以控制熱輸入量，得到均勻的熔深，適合單面焊雙面成形。脈沖電弧的振蕩作用可以細(xì)化晶粒，減少氣孔量，提高接頭的力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0009]圖1是Ti2AlNb合金對(duì)接接頭的金相照片。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體使用的不同要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件為本行業(yè)中的常規(guī)條件。
[0011]—種Ti2AlNb合金高溫結(jié)構(gòu)材料超音頻直流脈沖TIG焊方法，包括依次進(jìn)行如下步驟:
[0012]步驟1:選取厚度為1.5mm的Ti2AlNb合金熱乳板，進(jìn)行噴砂處理以去除板材表面氧化皮，隨后進(jìn)行酸洗處理以去除表面的氧化膜；
[0013]步驟2:將試樣規(guī)格為170mmX 70mm的Ti2AlNb合金板材固定在焊接夾具上進(jìn)行對(duì)接焊接，調(diào)節(jié)送絲裝置的位置和角度，并利用氬氣對(duì)焊縫進(jìn)行保護(hù)，或者也可以進(jìn)行無填充焊絲對(duì)接焊接；
[0014]步驟3:利用超音頻直流脈沖TIG焊機(jī)的焊槍加熱焊絲及Ti2AlNb合金板材形成熔池，冷卻后形成熔焊接頭，用肉眼觀察，板材沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變形現(xiàn)象；
[0015]優(yōu)先地，步驟⑵中，所述的焊絲選用直徑為1.6mm的TC4焊絲；電極為鈰鎢W-2%Ce，直徑 2.4mm，弧長 3mm。
[0016]步驟4:根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定焊接工藝參數(shù)，基值電流為30?35A，峰值電流為75?80A，電壓為8.2?8.9V，氬氣流量為13L/min，焊接速度為0.12?0.2m/min，送絲速度為0.26?0.29m/min，頻率為20?60kHz，極性為DCSP (正極性)，占空比為50%?80% ；
[0017]步驟5:焊接后，對(duì)焊縫成形和接頭性能進(jìn)行檢測。采用上海TX1505型工業(yè)X射線探傷機(jī)對(duì)焊接接頭進(jìn)行X射線照相法探傷。測試其抗拉剪強(qiáng)度，Ti2AlNb合金熔焊接頭的平均抗拉剪強(qiáng)度彡865MPa，其達(dá)到母材抗拉剪強(qiáng)度的84%以上。對(duì)不填加焊絲的Ti2AlNb合金熔焊接頭的平均抗拉剪強(qiáng)度能達(dá)到母材抗拉剪強(qiáng)度的80%，其延伸率能達(dá)到母材的20%。
[0018]以上對(duì)本發(fā)明做了詳盡的描述，其目的在于讓此技術(shù)領(lǐng)域的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超音頻直流脈沖熔焊方法，其特征在于，采用超音頻直流脈沖TIG焊機(jī)，通過超音頻脈沖直流電流控制熱輸入量來焊接待焊材料，得到均勻的熔深。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音頻直流脈沖熔焊方法，其特征在于，所述超音頻直流脈沖TIG焊機(jī)的電源的脈沖電流頻率多20kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍10%?80%，峰值電流產(chǎn)生電路輸出電壓為50?70V，輸出電流為I?300A，基值電流產(chǎn)生電路輸出電壓為50?70V，輸出電流為I?300A，電流變化率di/dt彡50A/us。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超音頻直流脈沖熔焊方法，其特征在于，在焊接過程中進(jìn)行填充焊絲或不填充焊絲焊接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超音頻直流脈沖熔焊方法，其特征在于，采用可控脈沖電流加熱待焊材料，在峰值電流期間加熱熔化待焊材料形成點(diǎn)狀的熔池，在基值電流期間使熔池凝固，焊接過程是一個(gè)斷續(xù)的加熱過程，焊縫由點(diǎn)狀的熔池疊加而成。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超音頻直流脈沖熔焊方法，其目的在于提供一種可以控制熱輸入量，得到均勻的熔深，適合單面焊雙面成形的電弧焊方法；采用超音頻脈沖直流電流來加熱工件，在峰值電流期間加熱熔化工件形成點(diǎn)狀的熔池，在基值電流期間使熔池凝固，焊接過程是一個(gè)斷續(xù)的加熱過程，焊縫由一個(gè)一個(gè)點(diǎn)狀的熔池疊加而成。本發(fā)明采用超音頻的優(yōu)點(diǎn)是控制性能好、頻率范圍寬和功率可平滑連續(xù)調(diào)節(jié)。采用脈沖電流，熔池金屬高溫停留時(shí)間短，金屬冷卻速度快，可以減少合金產(chǎn)生裂紋的傾向性；減少焊接電流的有效值，降低焊件的熱輸入量，電弧能量集中且挺度大，有利于薄板的焊接，焊縫熱影響區(qū)和焊接變形小。
【IPC分類】B23K9/167, B23K9/09
【公開號(hào)】CN104923884
【申請?zhí)枴緾N201510347741
【發(fā)明人】吳素君, 邵玲, 劉雪麗, 柴珍珍
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年6月19日