一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法技术

一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，包括以下步骤：将待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板进行酸洗、冲洗吹干及烘干后，然后用酒精清洗对接坡口及底部钛合金垫板处，将清洗后的待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板装配固定在焊接平台上进行激光与TIG复合焊，先用单激光进行对接焊，待冷却到室温以后再用TIG进行盖面。先用单激光焊接，再用TIG焊进行盖面，可以克服采用单激光焊接时焊缝易产生表面凹陷、咬边及气孔等焊接缺陷，TIG焊盖面焊相当于对焊缝进行了重熔一次，可以消除焊缝表面凹陷、咬边及减少表面气孔等缺陷，使焊缝表面成形良好，焊缝饱满。焊缝饱满。焊缝饱满。

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，尤其涉及一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法。

技术介绍

[0002]液体姿轨控推进系统在各类航天器中起着重要作用，即维持航天器轨道与姿态的稳定。贮箱作为动力系统中最为核心的关重件之一，其制造与加工质量直接影响整个推进系统的服役性能。金属膜片贮箱作为一种新型贮箱，不仅耐腐蚀性能好，可长期贮存，而且刚性膜片在气体的挤压作用下紧贴液面，消除了推进剂的晃动。贮箱膜片和壳体的焊接质量直接关系到膜片翻转的成功与否，进一步关系到贮箱的制造成功与否，故贮箱膜片与壳体的焊接成为贮箱制造的关键技术之一，而贮箱膜片为纯钛TA1，而壳体为钛合金TC4，两者的化学成分及退火组织也不尽相同，故焊接难度相比同种钛合金材料的焊接难度要大；同时，钛及钛合金随着温度的升高，吸收O、N、H的能力也随之明显上升，Ti从250℃开始吸收氢，从400℃开始吸收氧，从600℃开始吸收氮，故焊接接头很容易产生氧化、脆化及焊接气孔等问题。因此，纯钛与钛合金的焊接难度较大。
[0003]专利申请号CN201811457896.0中公开了一种高温钛合金脉冲激光焊接方法，采用激光清洗对焊接区域进行处理，对焊缝正面及反面进行惰性气体保护，采用脉冲激光焊接方法进行焊接。但是采用单激光时焊缝易产生表面凹陷、易产生咬边及气孔等焊接缺陷。
[0004]专利申请号CN201811595516.X公开了一种用于改善钛及钛合金薄板激光焊咬边的激光TIG复合焊焊接工艺，沿焊接方向，位于前面的焊枪为超高频脉冲TIG焊枪，位于后面的焊枪为激光头，且两个焊枪的间距为1
‑
9mm，实现共熔池焊接，利用TIG高频脉冲压缩电弧的电磁搅拌增强了熔池流动性，延长了焊缝冷却时间，可充分抑制高速焊接或者某些激光功率下的咬边问题。但是，其先采用TIG焊，后采用激光焊，虽然克服了咬边问题，但无法进一步改善焊接接头的拉伸力学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出了一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，旨在解决单激光焊时焊缝表面容易产生凹陷、咬边等缺陷，可有效防止焊接接头的氧化及脆化问题，改善焊接接头的性能，提高焊接接头的拉伸力学性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，包括以下步骤：将待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板进行酸洗、冲洗吹干及烘干后，然后用酒精清洗对接坡口及底部钛合金垫板处，将清洗后的待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板装配固定在焊接平台上进行激光与TIG复合焊，先用单激光进行对接焊，待冷却到室温以后再用TIG进行盖面。
[0007]优选的，将待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板进行酸洗3～5分钟后取出，先在清水中浸泡2～3分钟，再取出来用流动的清水冲洗干净，待表面残留的酸洗液清洗掉后，
用气压喷嘴吹干，再放入烘干箱进行烘干，烘干箱设定参数为温度100℃，时间为10min～15min。
[0008]优选的，所述纯钛试件与钛合金试件的装配对接间隙≤0.1mm，两待焊试件与底部钛合金垫板间隙≤0.1mm。
[0009]优选的，进行单激光焊接时，激光功率范围为900W～1600W，焊接速度范围为1.0mm/min～1.2mm/min。
[0010]优选的，进行单激光焊接时，激光束前倾范围5
°
～8
°
，离焦量范围为
‑
1mm～+1mm。
[0011]优选的，进行单激光焊接时，在焊接过程中采用99.999％的高纯氩对试件高温区、熔池及坡口背面进行多路气体保护。
[0012]优选的，进行单激光焊接时，气体保护包括旁轴保护气、拖罩气体保护及焊缝背面气体保护，三路保护气系统与焊接头及焊接工装集成呈一体，三路保护气的流量均为15L/min～20L/min。
[0013]优选的，进行TIG盖面焊时，在焊接过程中采用99.999％的高纯氩对试件高温区及熔池进行多路气体保护。
[0014]优选的，进行TIG盖面焊时，气体保护包括旁轴保护气、拖罩气体保护，两路保护气系统与焊接头及焊接工装集成呈一体，两路保护气的流量均为12L/min～15L/min。
[0015]优选的，进行TIG盖面焊时，采用钨极直径为2mm，焊丝直径为2mm，焊接电流为60A～80A，焊接速度为0.1m/min～0.3m/min。
[0016]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0017](1)先用单激光焊接，再用TIG焊进行盖面，可以克服采用单激光焊接时焊缝易产生表面凹陷、咬边及气孔等焊接缺陷，TIG焊盖面焊相当于对焊缝进行了重熔一次，可以消除焊缝表面凹陷、咬边及减少表面气孔等缺陷，使焊缝表面成形良好，焊缝饱满。
[0018](2)在激光与TIG复合焊过程中，对纯钛或钛合金的高温区及熔池的保护采用99.999％的高纯氩进行多路气体保护，进一步提高了焊缝保护效果，保证了焊接质量，更加符合钛合金贮箱膜片与壳体的实际焊接工况。
[0019](3)采用先单激光后TIG盖面焊的顺序，相当于后道TIG焊对前道激光焊焊缝进行了一次热处理，有利于改善其组织，消除表面微缺陷及内应力，提高其力学性能。
[0020](4)对焊后的焊接接头进行外观检查、X
‑
射线检测及金相分析等，结果表明：焊缝表面呈银白色，焊缝饱满，表面成形良好，未发现焊缝表面存在凹陷、气孔、咬边及裂纹等缺陷，焊缝内部也未发现气孔、裂纹、夹杂物等焊接缺陷，焊缝等级达到了标准规定的Ⅰ级；对焊接接头进行了拉伸力学性能测试及硬度测试，拉伸断裂在纯钛母材区域。通过本专利技术方法对纯钛和钛合金进行底部带有垫板的对接焊，获得了无缺陷、拉伸力学性能满足要求的焊接接头，符合钛合金贮箱膜片与壳体的实际焊接工况。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0022]图1本专利技术中纯钛试件与钛合金试件对接激光+TIG焊接示意图；
[0023]图2为实验例一中各个试件拉伸断裂位置；
[0024]图3为实验例二中试件1#的50x的金相照片；
[0025]图4为实验例二中试件1#的500x的金相照片；
[0026]图5为实验例二中试件2#的50x的金相照片；
[0027]图6为实验例二中试件2#的500x的金相照片。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术的一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：将待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板进行酸洗、冲洗吹干及烘干后，然后用酒精清洗对接坡口及底部钛合金垫板处，将清洗后的待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板装配固定在焊接平台上进行激光与TIG复合焊，先用单激光进行对接焊，待冷却到室温以后再用TIG焊进行盖面。2.如权利要求1所述的一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，其特征在于：将待焊纯钛试件、钛合金试件及钛合金垫板进行酸洗3～5分钟后取出，先在清水中浸泡2～3分钟，再取出来用流动的清水冲洗干净，待表面残留的酸洗液清洗掉后，用气压喷嘴吹干，再放入烘干箱进行烘干，烘干箱设定参数为温度100℃，时间为10min～15min。3.如权利要求1所述的一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，其特征在于：所述纯钛试件与钛合金试件的装配对接间隙≤0.1mm，两待焊试件与底部钛合金垫板间隙≤0.1mm。4.如权利要求1所述的一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，其特征在于：进行单激光焊接时，激光功率范围为900W～1600W，焊接速度范围为1.0mm/min～1.2mm/min。5.如权利要求1所述的一种用于焊接纯钛与钛合金的激光与TIG复合焊接方法，其特征在于：进行单激光焊接时，激光束前倾范围5
°
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书权，谭乐，戈军委，王聂龙，王超，赵源，张伟，
申请(专利权)人：贵州航天天马机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：