近 年來,許多新建船舶開始大量使用鈦合金材料。隨著鈦合金材料用量增多,船廠為提升焊接效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,需要開發(fā)一些高效的鈦合金焊接工藝。文章以板厚為4mm的Ti70和16 mm的TA5兩種鈦合金為焊接對象,對等離子弧焊、激光焊及激光-電弧復(fù)合焊三種高能量密度的鈦合金焊接方法進(jìn)行了工藝探索,得到了性能優(yōu)良的焊接接頭。
一、等離子弧焊
等離子弧焊是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解,在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮,增大能量密度和離解度,形成等離子弧。它的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧,因而具有較大的熔透力和焊接速度。對船用鈦合金的焊接試驗證明,等離子弧焊具有能量集中、穿透力強(qiáng)、單面焊雙面成形良好、無鎢夾雜、氣孔少等優(yōu)點,故非常適用于鈦及鈦合金的焊接。等離子弧焊的工藝參數(shù)較多,當(dāng)采用小孔法時主要涉及到噴嘴孔徑、焊接電流、離子氣流量、焊接速度、保護(hù)氣流量等。
二、激光焊
激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的一種高效精密的焊接方法。激光焊由于能量密度很高,可獲得較大的熔深和極高的焊速,且由于激光束的直徑極小,故焊縫和熱影響區(qū)窄,焊接殘余應(yīng)力和變形很小。激光焊焊接時的主要工藝參數(shù)有激光功率、焊接速度、離焦量、側(cè)吹氣體流量及保護(hù)氣體流量等。由于激光焊焊速極高,一般不能在焊接過程中對工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),故在正式焊接前需通過預(yù)實驗確定最佳的參數(shù)組合。
三、激光-電弧復(fù)合焊
與傳統(tǒng)電弧焊接和激光焊接相比,激光-電弧復(fù)合焊接具有大焊接熔深、高工藝穩(wěn)定性、高焊接效率、較強(qiáng)的焊接間隙橋接能力和焊接變形小等優(yōu)點,能夠大幅度提高焊接效率和焊接質(zhì)量。激光-電弧復(fù)合焊能夠降低對工件坡口加工精度的要求,改良激光焊時可能出現(xiàn)的焊縫余高不足的現(xiàn)象,且由于液態(tài)熔池對激光束的吸收率較高,相比激光焊可獲得更大的熔深和更高的焊接速度。采用激光-電弧復(fù)合焊時,由于存在激光和電弧兩個熱源,且每個熱源均有較多的工藝參數(shù)需調(diào)節(jié),故要使激光與電弧諧同匹配需進(jìn)行大量試驗摸索。
文章進(jìn)行的工藝試驗結(jié)果表明等離子弧焊、激光焊及激光-電弧復(fù)合焊所焊制試板的接頭性能優(yōu)異。工藝重復(fù)性好,對焊工水平的要求較低,故非常適合生產(chǎn)中大批量規(guī)則焊縫的焊接。力學(xué)性能測試結(jié)果表明:對接接頭的力學(xué)性能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求,接頭在強(qiáng)度和塑性上與母材Ti70可靠匹配;等離子弧焊和激光-電弧復(fù)合焊使用強(qiáng)度較低的TA10焊絲焊接Ti70板材,焊縫接頭的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了與Ti70匹配的要求,這使船用鈦合金焊接時焊材的選擇范圍大大拓寬,可在強(qiáng)度和塑性、韌性之間尋求到更好的平衡點。
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