一种钛合金框架车体U型筋焊接的筋腔保护方法与流程

本发明涉及焊接保护工艺技术，具体涉及一种特种车辆钛合金框架车体u型u型筋焊接的筋腔保护方法。

背景技术：

钛及钛合金具有密度小，抗拉强度高，耐腐蚀等优点，并且具有良好的高低温性能，在航空、航天等方面的应用越来越广泛。近些年，随着钛合金价格的下降，特种车辆上也逐步开始验证使用钛合金。

由于钛合金具有熔点高、导热性差、线膨胀系数小，电阻率大等突出特点，使得钛合金在焊接过程中，液态熔池金属尺寸大、高温停留时间长和冷却速度慢，同时由于钛合金化学性质非常活泼，在固态下能吸收气体，加热至300℃时吸氢，400℃吸氧，600℃吸氮，所以极易和氢、氧、氮等元素发生化学反应，引起焊缝变脆、塑性下降，严重降低焊接区域的力学性能，导致焊接质量无法满足要求，因此，焊接时对熔池及温度超过300℃的焊缝和热影响区都要加以妥善保护。而特种车车体多为薄壳框架焊接结构，采用薄板u型筋的焊接结构，u型筋大多为u型，布置在顶、侧、底甲板上，均为内角接焊缝，在焊接过程中u型筋腔内的空气如果不排出，焊缝根部及背面基体金属因高温将被空气污染，降低接头焊接质量。目前针对钛合金的焊接通常有三种保护方法：一种是在真空环境下的电子束焊接，一种是氩气舱内的自动焊接，再一种是在空气环境下焊接，采用焊枪上加装拖罩局部充氩气保护的方式。

采用真空环境下的电子束焊接需要真空室和抽真空系统，因真空室的体积与特种车体的大小不容易匹配，造成焊接成本高或生产效率低等问题，且因电子枪的单一运动姿态也无法实现特种车体内u型筋的焊接；采用氩气舱进行焊接，需要氩气充装系统，时间长，并且在氩气舱内只适宜于自动焊接，而特种车体的焊接结构复杂，其u型筋的焊缝基本都分布在车体内，空间狭窄无法适应机器自动焊接的各种姿态要求。

目前，国内外普遍采用第三种保护方法来焊接钛合金车体，采用这种方式能对钛合金正面的焊缝金属和热影响区起到了隔离空气不被空气污染的保护作用，防止正面焊缝的高温金属被氧化、氮化。但是，采用这种方法焊接钛合金车体的u型筋，无法保护u型筋腔内的焊缝根部和背面基体金属不被空气污染

技术实现要素：

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种通过在u型筋的上表面钻工艺孔，利用u型筋与甲板平面贴合存在的缝隙，将氩气从孔内注入挤压腔内的空气排出，从而实现u型筋焊接的腔内保护，保证了焊缝根部的焊接质量及背面基体金属不被空气污染钛合金框架车体u型筋焊接的筋腔保护方法。

本发明的技术方案是构造一种钛合金框架车体u型筋焊接的筋腔保护方法，先在u型筋上表面设置工艺孔，再将u型筋与甲板、侧板表面相贴合形成挤压腔，并控制贴合形成的缝隙应＜3mm，然后将氩气从工艺孔内充入到挤压腔内将空气挤压排出，空气从挤压腔内挤压排出后，开始起弧焊接u型筋与甲板，u型筋与侧板。

优选地，所述u型筋上设置的工艺孔数量根据焊接u型筋的长度确定，当u型筋长度＜400mm时，钻一个工艺孔；当400mm≤u型筋长度＜800mm，以u型筋的左右对称线为对称轴对称设置两个工艺孔，且两个工艺孔之间的距离为350～400mm；当u型筋长度≥800mm时，可先在u型筋内均匀点焊同质隔板，所述隔板将分割出350～400mm的挤压腔，然后在每个分割出来的挤压腔上的u型筋上表面设置工艺孔，相邻两工艺孔之间的距离为350～400mm。

优选地，所述工艺孔直径长度为6～8mm。

优选地，所述氩气流量25～35l/min。

优选地，所述氩气充气时间3～5分钟。

优选地，所述氩气的充入是通过将铜管上部分套设在橡胶软管内形成的组合管充入，充气时将铜管下端插入到工艺孔内，插入深度为15～20mm。

本发明有益效果：

通过在在u型筋上表面钻工艺孔，再通过工艺孔注入氩气，从而挤压u型筋内空气从u型筋与甲板和侧板平面贴合的缝隙排出，待腔内空气排除干净形成了稳定的氩气舱后再开始焊接，使得焊缝根部及背面基体金属在腔内得到氩气的保护，确保u型筋焊接质量，避免钛合金吸收空气中的氧、氮及氢而引起焊缝变脆、塑性下降，降低整体力学性能。

附图说明

图1为本发明u型筋与甲板、侧板装配后的正面解剖图。

图2为本发明u型筋与甲板、侧板装配后的侧面解剖图。

附图序号说明：

1-u型筋，2-隔板，3-铜管，4-橡胶软管，5-甲板，6-侧板，7-挤压腔，9-工艺孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

实施例1：

一种钛合金框架车体u型筋焊接的筋腔保护方法，先在u型筋1上表面设置工艺孔9，再将u型筋1与甲板5、侧板6表面相贴合形成挤压腔7，并控制贴合形成的缝隙应＜3mm，然后将氩气从工艺孔9内充入到挤压腔7内将空气挤压排出，空气从挤压腔7内挤压排出后，开始起弧焊接u型筋1与甲板5，u型筋1与侧板6。

所述u型筋1上设置的工艺孔9数量根据焊接u型筋1的长度确定，当u型筋1长度＜400mm时，钻一个工艺孔9；当400mm≤u型筋1长度＜800mm，以u型筋1的左右对称线为对称轴对称设置两个工艺孔9，且两个工艺孔9之间的距离为350～400mm；当u型筋1长度≥800mm时，可先在u型筋1内均匀点焊同质隔板2，所述隔板2将分割出350～400mm的挤压腔7，然后在每个分割出来的挤压腔7上的u型筋1上表面设置工艺孔9，相邻两工艺孔9之间的距离为350～400mm。

所述工艺孔9直径长度为6mm。

所述氩气流量25l/min。

所述氩气充气时间3分钟。

所述氩气的充入是通过将铜管3上部分套设在橡胶软管4内形成的组合管充入，充气时将铜管3下端插入到充气孔内，插入深度为15mm。

本实施例的具体解释：

该筋腔保护方法应用孔隙进排气技术和气动流场原理，通过在加强筋上表面设置工艺孔9进气，利用筋与甲板5平面贴合存在的缝隙排气，将氩气从工艺孔9内注入挤压腔7内的空气挤压排出，从而实现加强筋焊接的腔内保护，保证了焊缝根部的焊接质量及背面基体金属不被空气污染，贴合形成的缝隙应＜3mm确保挤压腔7内空气能全部挤压出来，当u型筋1长度＜400mm长度，钻一个工艺孔9，当400mm≤u型筋1长度＜800mm，以u型筋1的左右对称线为对称轴对称设置两个工艺孔9，当800mm≤u型筋1长度时，在u型筋1内均匀点焊同质隔板2，隔板2将分割出挤压腔7，然后再每个分割出来的挤压腔7上的u型筋1表面设置工艺孔9，工艺孔9这样设置目的是保证通入的氩气将挤压腔7内空气全部挤压排出，对焊缝根部及背面基体金属在腔内得到氩气的保护，以保证焊接质量，其中，隔板2设置的目的就是将原本u型筋1与甲板5、侧板6表面相贴合形成长度超过800mm挤压腔7分割成几个350～400mm的挤压腔7，再采取分段钻孔充气，同样是为了氩气体保护，以保证焊接质量。

实施例2：

一种钛合金框架车体u型筋焊接的筋腔保护方法先在u型筋1上表面设置工艺孔9，再将u型筋1与甲板5、侧板6表面相贴合形成挤压腔7，并控制贴合形成的缝隙应＜3mm，然后将氩气从工艺孔9内充入到挤压腔7内将空气挤压排出，空气从挤压腔7内挤压排出后，开始起弧焊接u型筋1与甲板5，u型筋1与侧板6。

所述u型筋1上设置的工艺孔9数量根据焊接u型筋1的长度确定，当u型筋1长度＜400mm时，钻一个工艺孔9；当400mm≤u型筋1长度＜800mm，以u型筋1的左右对称线为对称轴对称设置两个工艺孔9，且两个工艺孔9之间的距离为350～400mm；当u型筋1长度≥800mm时，可先在u型筋1内均匀点焊同质隔板2，所述隔板2将分割出350～400mm的挤压腔7，然后在每个分割出来的挤压腔7上的u型筋1上表面设置工艺孔9，相邻两工艺孔9之间的距离为350～400mm。

所述工艺孔9直径长度为7mm。

所述氩气流量30l/min。

所述氩气充气时间4分钟。

所述氩气的充入是通过将铜管3上部分套设在橡胶软管4内形成的组合管充入，充气时将铜管3下端插入到充气孔内，插入深度为18mm。

本实施例的具体解释：

氩气的充入确保焊缝根部及背面基体金属在焊接及冷却到300℃的过程中一直处于氩气保护氛围中，避免钛合金吸收空气中的氧、氮及氢而引起焊缝变脆、塑性下降，采取分段钻孔充气的方式进行气体保护，以保证焊接质量

实施例3：

一种钛合金框架车体u型筋焊接的筋腔保护方法，先在u型筋1上表面设置工艺孔9，再将u型筋1与甲板5、侧板6表面相贴合形成挤压腔7，并控制贴合形成的缝隙应＜3mm，然后将氩气从工艺孔9内充入到挤压腔7内将空气挤压排出，空气从挤压腔7内挤压排出后，开始起弧焊接u型筋1与甲板5，u型筋1与侧板6。

所述u型筋1上设置的工艺孔9数量根据焊接u型筋1的长度确定，当u型筋1长度＜400mm时，钻一个工艺孔9；当400mm≤u型筋1长度＜800mm，以u型筋1的左右对称线为对称轴对称设置两个工艺孔9，且两个工艺孔9之间的距离为350～400mm；当u型筋1长度≥800mm时，可先在u型筋1内均匀点焊同质隔板2，所述隔板2将分割出350～400mm的挤压腔7，然后在每个分割出来的挤压腔7上的u型筋1上表面设置工艺孔9，相邻两工艺孔9之间的距离为350～400mm。

所述工艺孔9直径长度为8mm。

针对u型筋1与甲板5焊缝长度大于800mm的u型筋1，可先在u型筋1内进行点焊同质隔板2隔断，再采取分段钻孔充气。

所述氩气流量35l/min。

所述氩气充气时间5分钟。

本实施例的具体解释：

氩气依次通过橡胶软管4和铜管3进入到挤压腔7内。其中，铜管3可以起到一个固定在工艺孔9内的作用，橡胶软管4可以起到一个密封工艺孔9的作用，且因为橡胶管是软性软管，形状可以改变，因此组合管可以适应多种情况下的焊接，适应性更强。