钛合金棒材的焊接方法与流程

本公开涉及焊接技术领域，特别涉及一种钛合金棒材的焊接方法。

背景技术：

钛合金棒材通常采用对焊的方法焊接，对焊是指两个棒材分别置于两夹紧装置之间，控制两个棒材上待焊接的端面相对对接在一起，并在两个棒材的对接接触处通电加热进行焊接的方法。通常钛合金棒材的焊接坡口采用双面坡口的形式。相关技术中要求钛合金棒材焊接完毕后进行射线探伤，以确保焊后的钛合金棒材质量满足要求。

为了提高钛合金棒材的焊接质量，通常在钛合金棒材的双面坡口的一侧进行打底焊后，还需要在双面坡口的另一侧进行清根处理。然而，根据钛合金棒材的清根处理规范，采用砂轮磨削时，砂轮片粒子会附着在坡口表面，需要再另行处理，影响生产效率，且使得焊接质量也很难保证。并且，在焊接钛合金棒材时，若两个棒材对接后的直线度未达到要求，也会导致焊后出现裂纹、未焊透和熔合不足等缺陷，从而导致无法满足射线探伤的质量要求。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种钛合金棒材的焊接方法，能保证棒材对接后的直线度符合要求，且避免打底焊后进行清根处理，以保证焊接质量。所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种钛合金棒材的焊接方法，所述焊接方法包括：将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上，所述定位装置包括：定位套管和调节柱，所述定位套管具有相背的第一端和第二端，所述调节柱的一端通过所述第一端插装于所述定位套管内，所述调节柱的另一端的端面设有定位卡槽，所述定位套管的内径不大于待焊接的钛合金棒材的直径，所述第二端用于供钛合金棒材插装；将两个所述定位装置安装于调节装置上，所述调节装置包括：底板、定位件、锁止件和两个安装架，两个所述安装架相对布置于所述底板上，两个所述安装架中的一个所述安装架可移动地设置在所述底板上，两个所述安装架上相对的区域均设置有所述定位件和所述锁止件，位于两个所述安装架上的所述定位件距所述底板的距离相同，所述定位件具有与所述定位卡槽配合的定位凸起，所述锁止件用于锁止所述安装架和所述定位装置；调整两个所述安装架之间的间距，控制两个待焊接的钛合金棒材上待焊接的端面相对对接，构成双面坡口；同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊道，使位于双面坡口的两侧的熔池熔合成一个熔池；在双面坡口的两侧的所述打底焊道上焊接形成多层焊道，完成钛合金棒材的焊接。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上之前包括：根据待焊接的钛合金棒材的长度确定所述调节柱的插装深度；将所述调节柱的一端插装于所述定位套管内，且控制所述调节柱插装于所述定位套管内的轴向长度不超过所述插装深度；将所述调节柱和所述定位套管焊接固定，得到定位装置。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述插装深度为所述定位套管的轴向长度与待焊接的钛合金棒材的长度的2/3之差。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述定位卡槽为圆锥形槽，所述圆锥形槽的中轴线与所述调节柱的中轴线共线，所述定位凸起为圆锥形凸起。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊道包括：采用携带气体保护装置的焊枪同时在双面坡口的两侧立焊形成所述打底焊道；所述在双面坡口的两侧的所述打底焊道上焊接形成多层焊道包括：采用携带气体保护装置的焊枪在所述打底焊道上焊接形成多层焊道。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述气体保护装置包括：保护罩、卡箍、进气接头和密封胶条，所述密封胶条环绕设置在所述保护罩的开口端，所述进气接头安装于所述保护罩上，所述进气接头的一端位于所述保护罩内，所述进气接头的另一端位于所述保护罩外，所述保护罩通过所述卡箍箍装于焊枪的喷嘴上。

在本公开实施例的另一种实现方式中，两个所述安装架中的一个所述安装架设有调位机构，所述调位机构包括调位齿条、调位齿轮和用于驱动所述调位齿轮转动的调位电机，所述调位齿轮位于所述安装架上，所述调位齿条位于所述底板上。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊道之前包括：在两个待焊接的钛合金棒材的双面坡口上安装引熄弧板，控制双面坡口上的引熄弧板之间的最近间距为3mm至4mm。

在本公开实施例的另一种实现方式中，形成所述打底焊道和多层焊道时，控制焊接电流为150a至170a，焊接电压为20v至24v，焊接速度为16.5cm/min±1.5cm/min，气体流量为20l/min至25l/min，层间温度不大于60℃。

在本公开实施例的另一种实现方式中，所述在双面坡口的两侧的所述打底焊道上焊接形成多层焊道，完成钛合金棒材的焊接包括：对钛合金棒材的焊缝进行探伤检查和直线度检查；若探伤检查和直线度检查合格，则完成钛合金棒材的焊接。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本公开实施例提供的钛合金棒材的焊接方法在焊接两个待焊接的钛合金棒材时，首先，将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上，其中，定位装置包括定位套管和调节柱，调节柱的一端通过定位套管的第一端插装于定位套管内，定位套管的第二端用于供钛合金棒材插装。即安装钛合金棒材时，将钛合金棒材从定位套管的第二插装于定位套管内，并与同时插装于定位套管内的调节柱的端面相抵，从而完成钛合金棒材的安装。

然后，将两个定位装置安装于调节装置上。其中，调节装置包括：底板、定位件、锁止件和两个安装架，两个安装架相对布置于底板上，位于两个安装架上的定位件距底板的距离相同。由于定位件具有与定位卡槽配合的定位凸起，这样将定位装置安装在调节装置上时，通过将定位装置中调节柱的定位卡槽卡装在定位件中的定位凸起上，从而将两个定位装置也定位在距底板的距离相同的位置，以使得插装于两个定位装置中的两个钛合金棒材的直线度符合要求，通过定位卡槽和定位凸起定位完毕后，再通过锁止件将安装架和定位装置固定连接，从而保证后续焊接过程中，两个定位装置中的两个钛合金棒材的直线度始终能符合要求，以防止焊后出现裂纹、未焊透和熔合不足等缺陷。同时，由于两个安装架中的一个安装架可移动地设置在底板上，通过调整两个所述安装架之间的间距，就可以控制两个待焊接的钛合金棒材上待焊接的端面相对对接，以构成符合焊接要求的双面坡口，方便快速完成焊前准备工作，并且对于不同长度的钛合金棒材，也可以通过调整两个所述安装架之间的间距，以使两个钛合金棒材以快速且准确地形成符合焊接要求的双面坡口，提高适用性。

在焊接过程中，先在双面坡口处形成打底焊，由于同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊，且位于双面坡口的两侧的熔池熔合成一个熔池，因而在打底焊完成后双面坡口的两侧都不会存在待清理的缺陷，从而避免了采用砂轮磨削的清根处理，防止砂轮片粒子附着在坡口表面而影响焊接质量，并提高焊接效率。然后，在双面坡口的两侧的打底焊道上焊接形成多层焊道，通过形成多层焊道，以确保两个钛合金棒材的焊接稳定性，从而保证焊接质量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种钛合金棒材的焊接方法的流程图；

图2是本公开实施例提供的一种定位装置和调节装置的装配示意图；

图3是本公开实施例提供的另一种钛合金棒材的焊接方法的流程图；

图4是本公开实施例提供的一种钛合金棒材的双面坡口上设置引熄弧板的示意图；

图5是本公开实施例提供的一种气体保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

相关技术中钛合金棒材焊接时，两个钛合金棒材待焊接的端面(即焊接接头)均呈三角状，这样两个钛合金棒材相对对接后，即可形成双面坡口的形式以待焊接。

根据技术要求，钛合金棒材焊后需要进行射线探伤，要求nb/t47013-2015i级合格，且焊后钛合金棒材的直线度≤1.5mm。

相关技术中，通常是在钛合金棒材的双面坡口的一侧进行打底焊后，然后在双面坡口的另一侧进行清根处理，以保证钛合金棒材的焊接质量。然而，根据钛合金棒材的清根处理规范，采用砂轮磨削时，砂轮片粒子会附着在坡口表面，需要再另行处理，影响生产效率，且使得焊接质量也很难保证。并且，在焊接钛合金棒材时，若两个棒材对接后的直线度未达到要求，也会导致焊后出现裂纹、未焊透和熔合不足等缺陷，从而导致无法满足射线探伤的质量要求。

为了提高钛合金棒材的焊接质量，本公开实施例提供了一种钛合金棒材的焊接方法。图1是本公开实施例提供的一种钛合金棒材的焊接方法的流程图。如图1所示，该焊接方法包括：

步骤101：将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上。

图2是本公开实施例提供的一种定位装置和调节装置的装配示意图。如图2所示，该定位装置包括：定位套管11和调节柱12，定位套管11具有相背的第一端111和第二端112，调节柱12的一端通过第一端111插装于定位套管11内，调节柱12的另一端的端面设有定位卡槽121，定位套管11的内径不大于待焊接的钛合金棒材a的直径，第二端112用于供钛合金棒材插装。

步骤102：将两个定位装置安装于调节装置上。

如图2所示，该调节装置包括：底板21、定位件22、锁止件和两个安装架23，两个安装架23相对布置于底板21上，两个安装架23中的一个安装架23可移动地设置在底板21上，两个安装架23上相对的区域均设置有定位件22和锁止件，位于两个安装架23上的定位件22距底板21的距离相同，定位件22具有与定位卡槽121配合的定位凸起221，锁止件用于锁止安装架23和定位装置。

步骤103：同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊道，使位于双面坡口的两侧的熔池熔合成一个熔池。

步骤104：在双面坡口的两侧的打底焊道上焊接形成多层焊道，完成钛合金棒材的焊接。

本公开实施例提供的钛合金棒材的焊接方法在焊接两个待焊接的钛合金棒材时，首先，将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上，其中，定位装置包括定位套管11和调节柱12，调节柱12的一端通过定位套管11的第一端111插装于定位套管11内，定位套管11的第二端112用于供钛合金棒材插装。即安装钛合金棒材时，将钛合金棒材从定位套管11的第二插装于定位套管11内，并与同时插装于定位套管11内的调节柱12的端面相抵，从而完成钛合金棒材的安装。

然后，将两个定位装置安装于调节装置上。其中，调节装置包括：底板21、定位件22、锁止件和两个安装架23，两个安装架23相对布置于底板21上，位于两个安装架23上的定位件22距底板21的距离相同。由于定位件22具有与定位卡槽121配合的定位凸起221，这样将定位装置安装在调节装置上时，通过将定位装置中调节柱12的定位卡槽121卡装在定位件22中的定位凸起221上，从而将两个定位装置也定位在距底板21的距离相同的位置，以使得插装于两个定位装置中的两个钛合金棒材的直线度符合要求，通过定位卡槽121和定位凸起221定位完毕后，再通过锁止件将安装架23和定位装置固定连接，从而保证后续焊接过程中，两个定位装置中的两个钛合金棒材的直线度始终能符合要求，以防止焊后出现裂纹、未焊透和熔合不足等缺陷。同时，由于两个安装架23中的一个安装架23可移动地设置在底板21上，通过调整两个所述安装架23之间的间距，就可以控制两个待焊接的钛合金棒材上待焊接的端面相对对接，以构成符合焊接要求的双面坡口，方便快速完成焊前准备工作，并且对于不同长度的钛合金棒材，也可以通过调整两个所述安装架23之间的间距，以使两个钛合金棒材以快速且准确地形成符合焊接要求的双面坡口，提高适用性。

在焊接过程中，先在双面坡口处形成打底焊，由于同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊，且位于双面坡口的两侧的熔池熔合成一个熔池，因而在打底焊完成后双面坡口的两侧都不会存在待清理的缺陷，从而避免了采用砂轮磨削的清根处理，防止砂轮片粒子附着在坡口表面而影响焊接质量，并提高焊接效率。然后，在双面坡口的两侧的打底焊道上焊接形成多层焊道，通过形成多层焊道，以确保两个钛合金棒材的焊接稳定性，从而保证焊接质量。

图3是本公开实施例提供的另一种钛合金棒材的焊接方法的流程图。图3示意的焊接方法采用图2所示的定位装置和调节装置实现。

如图2所示，定位装置包括：定位套管11和调节柱12，定位套管11具有相背的第一端111和第二端112，调节柱12的一端通过第一端111插装于定位套管11内，调节柱12的另一端的端面设有定位卡槽121，定位套管11的内径不大于待焊接的钛合金棒材的直径，第二端112用于供钛合金棒材插装。即定位套筒的部分内部空间插装调节柱12，而定位套筒中剩余的内部空间则用于供钛合金棒材插装。由于定位套管11的内径不大于待焊接的钛合金棒材的直径，且钛合金棒材插装在定位套管11内后，可以通过调节柱12抵住钛合金棒材的端部，从而可以将钛合金棒材限制在定位套管11内，避免后续焊接过程中钛合金棒材出现晃动，提高焊接质量。

如图2所示，调节装置为包括：底板21、定位件22、锁止件(图未示)和两个安装架23，两个安装架23相对布置于底板21上，两个安装架23中的一个安装架23可移动地设置在底板21上，两个安装架23上相对的区域均设置有定位件22和锁止件，位于两个安装架23上的定位件22距底板21的距离相同，定位件22具有与定位卡槽121配合的定位凸起221，锁止件用于锁止安装架23和定位装置，锁止件可以是车床夹具，例如，三爪卡盘，使用时将三爪卡盘固定在安装架23上，使三爪卡盘装夹定位套管11，即可将安装架23和定位装置锁止在一起。即可以通过两个安装架23分别安装一个定位装置，并且通过定位件22保证两个定位装置的高度一致，从而保证两个插装在定位装置上的钛合金棒材满足直线度要求。同时通过调整可移动的安装架23移动，从而将不同长度的钛合金棒材对接在一起，方便焊接。

如图3所示，该焊接方法包括：

步骤201：根据待焊接的钛合金棒材的长度确定调节柱12的插装深度。

其中，插装深度为定位套管11的轴向长度与待焊接的钛合金棒材的长度的2/3之差。

示例性地，待焊接的钛合金棒材的长度可以是200mm，定位套管11的轴向长度可以是500mm，即调节柱12的插装深度可以是500mm-200mm×2/3≈367mm。该插装深度是指调节柱12可以插装入定位套管11的长度。

步骤202：将调节柱12的一端插装于定位套管11内，且控制调节柱12插装于定位套管11内的轴向长度不超过插装深度。

这样通过限定调节柱12插装在定位套管11内的轴向长度，可以有效保证待焊接的钛合金棒材有至少2/3的部分是插装在定位套管11内的，从而确保钛合金棒材稳定地插装于定位套管11中，提高后续焊接的可靠性。

步骤203：将调节柱12和定位套管11焊接固定，得到定位装置。

其中，待调节柱12在定位套管11内定位安装完毕后，可以采用点焊的方式将调节柱12与定位套管11固定连接，以制作完成定位装置。采用点焊的固定方式，使得调节柱12与定位套管11连接后具有一定强度，在焊接时不容易分离；且由于调节柱12与定位套管11之间点焊时，调节柱12与定位套管11之间仅部分区域焊接在一起，因而通过拆除调节柱12与定位套管11之间的焊点，就可以快速完成调节柱12与定位套管11的拆卸。

步骤204：将两个待焊接的钛合金棒材分别安装于两个定位装置上。

结合图2所示的定位装置可知，步骤204中将待焊接的钛合金棒材焊接在定位装置上可以包括：

将待焊接的钛合金棒材的非焊接的一端从定位套管11的第二端112插装于定位套管11内，并使待焊接的钛合金棒材非焊接的一端与定位套管11中的调节柱12的端面相抵，以确保待焊接的钛合金棒材的至少2/3的部分是插装在定位套管11内的，从而确保钛合金棒材稳定地插装于定位套管11中，提高后续焊接的可靠性。

步骤205：将两个定位装置安装于调节装置上。

结合图2所述的调节装置可知，步骤205中将定位装置安装于调节装置上可以包括：

将两个定位装置中调节柱12的另一端上的定位卡槽121分别与调节装置中两个定位件22上的定位凸起221卡接配合。从而将两个定位装置限制在两个定位件22所在的高度，由于位于两个安装架23上的定位件22距底板21的距离相同，所以就使得两个定位装置也定位在距底板21的距离相同的位置，以使得插装于两个定位装置中的两个钛合金棒材的直线度符合要求。

可选地，如图2所示，定位卡槽121可以为圆锥形槽，圆锥形槽的中轴线与调节柱12的中轴线共线，定位凸起221可以为圆锥形凸起。该圆锥形槽位于调节柱12的另一端的端面上，由于圆锥形槽的中轴线与调节柱12的中轴线共线，在将圆锥形凸起卡装在圆锥形槽后，就使得定位件22所在高度是和调节柱12的中轴线的所在高度是一致的，进而使得位于两个定位装置内的两个钛合金棒材的中轴线的所在高度也是一致的。即就使得两个钛合金棒材定位在距底板21的距离相同的位置，以使得两个钛合金棒材的直线度符合要求。

步骤206：调整两个安装架23之间的间距，控制两个待焊接的钛合金棒材上待焊接的端面相对对接，构成双面坡口。

如图2所示，两个安装架23中的一个安装架23可以设有调位机构，调位机构可以包括调位齿条24、调位齿轮25和用于驱动调位齿轮25转动的调位电机，调位齿轮25位于安装架23上，调位齿条24位于底板21上。

其中，调位齿条24沿着两个安装架23相对的延伸，以确保安装有调位齿轮25的安装架23能与另一个安装架23相对移动。在需要调节安装架23位置时，可以通过控制电机驱动调位齿轮25转动，使得调位齿轮25在调位齿条24上移动，进而带动安装架23一起移动，以实现调节两个安装架23之间距离的目的。

可选地，设有调位机构的安装架23上可以设置至少两个调位齿轮25，且至少两个调位齿轮25分布在安装架23上相背的两侧，从而提高安装架23能更稳定地在调位齿条24上移动。

本公开实施例中，焊接前还可以在两个待焊接的钛合金棒材的双面坡口上安装引熄弧板3。

图4是本公开实施例提供的一种钛合金棒材的双面坡口上设置引熄弧板的示意图。如图4所示，每个钛合金棒材a的坡口均安装有两个引熄弧板33，且控制双面坡口上的引熄弧板33之间的最近间距l为3mm至4mm。其中，双面坡口的坡口角度均为60°，因而不同钛合金棒材a的坡口安装两个相对引熄弧板33的夹角也可以是60°。

焊接时因焊缝的起点和终点处不能熔透而容易出现凹形的焊口，为了避免受力后出现裂纹及应力集中，通过在施焊时应将两端焊至引熄弧板3上，焊后将多余部分切除，这样就不会减小焊缝处的截面，且还保证焊接质量。

步骤207：采用携带气体保护装置的焊枪同时在双面坡口的两侧立焊形成打底焊道。

步骤207的焊接过程中，先在双面坡口处形成打底焊，由于同时在双面坡口的两侧焊接形成打底焊，且位于双面坡口的两侧的熔池熔合成一个熔池，因而在打底焊完成后双面坡口的两侧都不会存在待清理的缺陷，从而避免了采用砂轮磨削的清根处理，防止砂轮片粒子附着在坡口表面而影响焊接质量，并提高焊接效率。

图5是本公开实施例提供的一种气体保护装置的结构示意图。如图5所示，该气体保护装置包括：保护罩41、卡箍42、进气接头43和密封胶条44，密封胶条44环绕设置在保护罩41的开口端，进气接头43安装于保护罩41上，进气接头43的一端位于保护罩41内，进气接头43的另一端位于保护罩41外，保护罩41通过卡箍41箍装于焊枪的喷嘴b上。

该气体保护装置使用时，通过卡箍将保护罩箍装于焊枪的喷嘴上，在焊枪施焊移动的过程中，从进气接头处向保护罩内注入惰性气体，从而保证焊枪施焊后刚形成的焊缝始终位于保护罩内，并通过保护罩内的惰性气体保护刚凝固的焊缝金属及高温近缝区。该保护装置使用该过程中，保护罩通过卡箍和锁合螺钉固定在焊枪喷嘴上，焊接过程中与焊枪一起运动。同时为增强气体保护效果，在保护罩的开口端边缘粘接密封胶条，以防止惰性气体从保护罩中泄漏提高装置密封性。

根据对钛合金焊接性的分析，焊接时主要是液态熔池金属、刚凝固的焊缝金属及高温近缝区容易吸收氢、氧等元素，造成接头脆化，影响焊接质量。本公开实施例通过在焊枪的位置设置气体保护装置可以保护焊缝金属不易被污染，进而提高焊接质量。

步骤208：采用携带气体保护装置的焊枪在打底焊道上焊接形成多层焊道，完成钛合金棒材的焊接。

其中，气体保护装置为图5所示的气体保护装置，具体使用过程与前述步骤207一致，不做赘述。

本公开实施例中，形成打底焊道和多层焊道时，采用钨极氩弧焊，氩气纯度≥99.99％，焊丝选用tc11钛合金，且焊丝的尺寸为ф2.0mm，焊接时控制焊接电流为150a至170a，焊接电压为20v至24v，焊接速度为16.5cm/min±1.5cm/min，气体流量为20l/min至25l/min，并严格控制层间温度不大于60℃。

并且焊接时采用立焊的焊接方式，结合图3，在竖直方向上，从下往上进行焊接形成打底焊道和多层焊道。

可选地，在焊接完成后，可以对钛合金棒材的焊缝进行探伤检查和直线度检查；若探伤检查合格，且钛合金棒材的直线度≤1.5mm，即可完成钛合金棒材的焊接。

以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。