《电焊机》杂志年第3期PDF完备版

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本文参考文件引用格式：张跃龙，孔谅，牟刚，等.厚壁焊接钛管的等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接工艺协商[J].电焊机，,51(3):27-30,36.

做家：张跃龙1，孔谅1，牟刚1，李芳1，完婚林2，李亚军2，华学明1，王敏1（1.上海交通大学上海市激光建立及材料表面改性中心实验室；2.南京普雷特钛业有限公司）

提要：钛及钛合金厚壁焊管是海水淡化和海洋工程等行业的要紧部件。采取前置直流等离子填丝+后置脉冲TIG电弧的双枪焊法，无耦合的等离子焊+TIG焊气象欺诈等离子弧焊与TIG焊的好处完结了大口径壁厚4mm的TA1焊接钛管的优良、安定焊接。结局讲授，跟着等离子气体流量的增进，直流等离子填丝焊的熔深增进，厚壁钛管全熔透；后置TIG电弧对已构成焊缝举办重熔，TIG焊脉冲频次的增进能够低落焊缝晶粒尺寸，提升会商机能，并对前置等离子填丝焊进程涌现的咬边等毛病具备较好的修理影响。本法子不光扩充了焊缝成形的工艺窗口，并且焊接进程安定，会商抗拉强度到达MPa，经实践临盆考证，完结了厚壁焊接钛管的低成本优良焊接临盆。

关键词：厚壁焊接钛管；等离子填丝焊；脉冲TIG焊；焊缝成形；会商结构和机能

钛及钛合金的厚壁焊管是海水淡化、海洋工程和化学产业等行业的要紧部件。在厚壁焊管临盆进程中，保守的钨极氩弧焊（TIG）、融化极惰性气体庇护焊（MIG）等焊接法子因焊接速率较低，焊缝高温停息的时光较长，构成焊接区晶粒有显然的长大偏向，是以焊接会商的综协力学机能有所降落，进而影响焊接品质，已不能适应大型化工及海洋设备商场加紧进展的请求。

等离子焊接具备电弧温度高、能量密度大、穿透力强、焊接速率快以及热影响区小等好处，已遍及运用于钛及钛合金、低碳钢、不锈钢等金属的焊接[1]。不过等离子弧焊接在焊接速率较高时，熔融金属来不及向熔池边沿铺展就已冷却，致使焊缝存在咬边等焊接毛病。协商人员针平等离子高速焊接时的成形毛病举办了关联协商：董文宁[2]等人将等离子打底焊和后续TIG填丝盖面焊两种焊接工艺相聚集，提升了厚壁不锈钢的正后面成形安定性；王波[3]等协商了低碳钢等离子-TIG耦合电弧复合填丝焊接的深熔焊接特性，获患了安定的单面焊接双面成形焊接工艺。随后有学者提议采取脉冲等离子填丝打底+TIG盖面的法子，办理了10mm以上厚度钛及钛合金构件在高速焊接时的表面品质题目[4-5]。

当前，针对不开坡口且壁厚在3~8mm的焊接钛管，优良、高效的焊接法子有待进一步美满。文中以典范的4mm厚TA1钛板为目标，采取等离子填丝+脉冲TIG的双枪焊接法子，聚集较为罕用的直流等离子填丝焊的深熔特性，欺诈脉冲TIG电弧对焊缝结构的晶粒细化和机能改正机理[6-8]，以及TIG电弧平等离子焊缝成形毛病的休整影响，在提升焊接会商力学机能的根本上，到达厚壁焊接钛管的靠得住焊缝成形，寻求了大口径厚壁焊接钛管优良、高效、低成本的焊接工艺。

实验材料为昆钢临盆的4mm×mm×mm产业纯钛TA1热轧纯钛板（退火态），其化学成份如表1所示，抗拉强度~MPa，延长率30%。

首先采取钛板等离子自熔焊的法子，以焊缝成形做为评估准则，协商等离子弧焊焊接参数对焊缝成形的影响；尔后采取等离子填丝+脉冲TIG的双枪举办钛板对接焊实验，寻求双枪焊工艺对焊缝成形和机能的影响，最后运用于实践临盆。自立搭建的等离子填丝+脉冲TIG双枪焊实验平台如图1所示。两枪间距约为mm，由于等离子弧与TIG电弧不存在耦合，于是能够归纳两种焊接法子的上风得到具备必要熔深和精密鱼鳞纹的焊接会商。焊前首先打磨钛板表面，尔后对板材举办酸洗（HF:HNO3:H2O=1:4:15）。焊后延续通庇护气冷却至室温以防范氧化。

2.1　钛板等离子自熔焊焊缝成形特性

等离子自熔焊焊接速率为40cm/min，焊枪喷嘴距板材3mm。自熔焊焊接参数及焊缝成形评估如表2所示，等离子自熔焊的焊缝宏观成形及宏观结构如图2所示。

由图2可知，母材为尺寸一致的平均α等轴晶；热影响区要紧由细晶区和粗晶区构成，结构由必要取向的α相+板条马氏体构成；焊缝要紧由尺寸较大的晶粒构成，结构为α相+板条马氏体。

从焊缝成形的角度来看，实验中跟着等离子气体流量的增大，等离子流力增大，电弧穿透才力坚固，TA1板材慢慢被熔透，熔深增进，后面焊缝熔宽随之增大。与此同时，由熔池中央指向熔池边沿的等离子流力也在增大，是以在雷同电流的情景下，液态金属更多地被推到熔池边沿，使得咬边水平减少。同时，在雷同的焊接速率和较大的等离子气流前提下，跟着电流的增大，焊接热输入随之增进，使得熔池冷却较慢，因此焊缝后面熔宽增大，咬边水平低落。

自熔焊焊接参数及焊缝成形评估结局讲授，钛合金等离子弧焊的焊缝成形易遭到焊接参数的影响，稀奇是焊缝正面的咬边局面较量严峻，使得餍足安定的焊缝成形的工艺窗口较小。

2.2　钛板等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接工艺

钛板等离子填丝焊+脉冲TIG双枪焊的焊接工艺参数如表3所示，对接实验的钛板空隙量为0.2mm。焊丝商标TA2，直径1.0mm，送丝速率mm/min。起弧阶段焊枪喷嘴距板材3mm，不送丝。起弧后，焊枪速即吹捧至间隔板材6mm处，开端送丝。由于等离子弧的能量一部份用来融化焊丝，是以等离子弧焊的电流增大到A。

等离子填丝+脉冲TIG双枪焊的焊缝宏观相片如图3所示，双枪焊的焊缝宏观结构及焊缝成形如图4所示。能够看到焊缝表面存在较浅的精密鱼鳞纹，母材结构为尺寸平均一致的α等轴晶，热影响区要紧由细晶区和粗晶区构成，结构为具备必要取向的α相+板条马氏体，焊缝要紧由尺寸较大的晶粒构成，结构为α相+板条马氏体结构；焊缝成形优异。

与图2a比拟，双枪焊实验的等离子弧焊电流由A增至A，加之有脉冲TIG重熔焊缝，是以热输入量较大，会商热影响区平均宽度有所增进，热影响区的晶粒尺寸增大。而在TIG脉冲电弧对熔池的搅拌影响下，焊缝中的晶粒尺寸有所降落。讲授双枪焊工艺中的脉冲TIG电弧不光能够得到精密的鱼鳞纹，改正等离子高速焊接中涌现的焊缝咬边局面，还能够细化晶粒，有助于提升会商强度。

焊接会商拉伸实验依照国标GB/T-《焊接会商拉伸实验法子》施行，为防范焊缝余高及错边的影响，本实验拉伸试样采取切片打磨的法子得到。3根板材对接试样的拉伸弧线如图5所示，断裂试样的宏观相片如图6所示。3根试样均断裂在母材处，抗拉强度平均值约为MPa。按照GB/T-《钛及钛合金板材准则》，TA1抗拉强度请求不小于MPa，是以母材吻合请求。另一方面，能够料想会商抗拉强度不小于MPa，参考CB/T-《船用钛及钛合金焊接工艺评定准则》，焊接会商餍足准则请求。

聚集前期实验结局，搭设实践钛管焊接临盆线。由于管件拘谨度较大，为低落残剩应力，提升强度，将TIG脉冲的焊接频次增进至10Hz。钛管等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接的实践焊接临盆线如图7所示，直径mm大口径卷焊钛管的焊后试样如图8所示，焊缝截面的宏观结构及焊缝成形如图9所示。

对照图4，图9中卷焊钛管的焊缝和热影响区晶粒尺寸均低落，进一步讲授TIG电弧的频次增进推进了焊接熔池的冷却，有助于减小晶粒尺寸，因此可得到及格的大口径厚壁卷焊钛管。

（1）关于钛板的等离子弧自熔焊，当等离子气体流量由2.25L/min增进到3.25L/min时，熔深增进，咬边水平低落。

（2）关于等离子填丝+脉冲TIG双枪焊接，等离子弧焊能够完结4mm钛板对接焊接，脉冲TIG焊可补缀等离子填丝焊进程中涌现的咬边等毛病。

（3）脉冲TIG焊频次的增进能够减小焊缝晶粒尺寸，提升会商机能；拉伸试样均断在母材处，会商强度到达MPa。

（4）经实践临盆考证，等离子填丝+脉冲TIG的双枪焊接法子可完结厚壁焊接钛管的高效、靠得住焊接。

参考文件：

[1]郝宗斌，李晓泉，范晋楷.8mmTA2纯钛厚板等离子弧单面焊双面成形实验协商[J].热加工工艺，,46(11):-.

[2]董文宁，陈国余.高效等离子焊接手艺及其运用[J].电焊机，,37(9):8-16.

[3]王波，桑健，张洪涛，等.低碳钢等离子-TIG耦合电弧高效复合焊接工艺机能剖析[J].焊接学报，,40(6):94-99,.

[4]杜永勤，王建平，王书华，等.大规格钛焊管高效焊接工艺协商[J].金属加工（热加工），(6):19-22.

[5]詹典斌，朱金飞，张鹏.厚壁钛制容器的P+T焊接工艺协商[J].煤油和化工征战，,19(7):46-48.

[6]张晓鸿，马朋召，张康，等.脉冲TIG焊接工艺参数对高温镍基合金焊缝结构的调控协商[J].板滞工程学报，,54(2):93-.

[7]陈科.模具钢TIG焊接会商电脉冲责罚工艺[J].电焊机，,45(7):19-22.

[8]胡胜成，吴广辉，刘冬，等.高频脉冲TIG焊焊缝结构与机能协商[J].焊接手艺，,49(8):31-34.

本文编纂：唐凰

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