一种特种车辆钛合金高速焊接方法与流程

1.本发明属于钛合金焊接技术领域，具体涉及一种特种车辆钛合金高速焊接方法。


背景技术：

2.特种车辆等装备采用钛合金材料作为防护结构，可以大幅度提升机动性和运输性能。但是目前的钛合金焊接方法、工艺及标准主要是面向航空航天、深海工程等领域制定，这些领域产品具有批量少、质量高、成本高等特点，对于焊接效率和焊接成本的考虑较少。特种车辆等产品属于批量化生产且焊接工作量大，在符合使用要求的前提下，焊接效率和焊接成本属于重点考虑因素。
3.目前大型特种车辆钛合金车体构件，车体甲板厚度大、焊缝较长、位置复杂，若采用手工tig焊、mig焊等传统焊接技术进行焊接，焊缝填充量大、填充道次多，效率低，钛合金经过反复加热，导致组织晶粒粗大，变形控制难，接头综合力学性能有所下降。普通tig焊或mig焊热输入量相对较大，焊接中厚板穿透力较弱，导致焊接变形和应力增大，同时焊丝填充量大增，往往会导致车体整体超差，不满足装备交付要求，一定程度上限制了这些传统焊接方式在大型车体构件制造中的应用。
4.激光-电弧复合焊接技术是生产大型复杂钛合金构件的重要焊接技术之一，属于高速焊接方法。激光-电弧复合焊接工作站采用光纤激光器，配备先进的激光-mig复合焊枪，可实现板厚20mm以下钛合金单道焊透，焊接速度可达1.5m/min以上，相较于tig焊，不仅可以降低焊接坡口准备时间，降低焊材使用量，同时能够大大降低焊接热输入和焊接变形，力学性能好，可实现钛合金高速焊接。但是目前在大型构件上进行多位置焊接，特别是角接焊缝焊接的应用尚未开展。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明提出一种特种车辆钛合金高速焊接方法，以解决大型特种车辆钛合金车体及部件高速焊接的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提出一种特种车辆钛合金高速焊接方法，该钛合金高速焊接方法采用激光-mig电弧复合热源；
9.对于采用对接焊缝的焊接接头形式，当板厚为6～20mm时，不开坡口，当板厚为20～25mm时，开v字形坡口，坡口角度为30～90
°
，设计钝边；对于采用角接焊缝的焊接接头形式，对接角度为90
°
，当板厚为6～20mm时，不开坡口，当板厚为20～25mm时，设计钝边，焊缝外侧坡口角度为30～90
°
；
10.对于采用对接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为10000～20000w，焊接电流为180a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为12000～20000w，焊接电
流为200a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；
11.对于采用角接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为11000～20000w，焊接电流为220a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为15000～20000w，焊接电流为240a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min。
12.进一步地，两块待焊接钛合金板之间的装配间隙均为0～0.5mm。
13.进一步地，钝边长度≤20mm。
14.进一步地，焊接时，激光束在前，mig电弧在后，间距保持0.1～0.5mm。
15.进一步地，对于平焊方式，焊枪相对于焊接接头上表面为90
°
；对于立焊和横焊方式，焊枪相对于焊接接头立面角度均为90
°
。
16.进一步地，焊接过程中采用高纯氩气进行焊缝正面和背面的气体保护。
17.(三)有益效果
18.本发明提出一种特种车辆钛合金高速焊接方法，能够实现大型特种车辆钛合金车体外部不同厚度及接头形式焊缝等激光-mig复合焊接，改善结构质量，提高焊接生产效率，解决采用普通tig焊方法焊接板厚为6～25mm大型复杂特种车辆钛合金车体时，焊接速度慢、焊接变形和残余应力大的问题。与普通tig焊方法相比，焊接速度提高10倍以上，同时由于焊接速度快，整体热输入低，焊接变量形降低50％。
附图说明
19.图1为本发明中板厚为6～20mm的对接焊缝接头形式；
20.图2为本发明中板厚为20～25mm的对接焊缝接头及坡口形式；
21.图3为本发明中板厚为6～20mm的角接焊缝接头形式；
22.图4为本发明中板厚为20～25mm的角接焊缝接头及坡口形式；
23.图5a为本发明中平焊施焊方式主视图，图5b为侧视图；
24.图6为本发明中立焊施焊方式示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
26.本实施例提出一种特种车辆钛合金高速焊接方法，焊接方式采用激光-mig电弧复合热源，激光熔化金属并对电弧产生引导和吸引作用，使焊接过程中的电弧稳定，降低电弧不稳定带来的能量损耗，提高电弧能量利用率，使总的能量利用率提高，熔深进一步增加，实现高效率、高质量的焊接过程。
27.高速焊接要求焊接接头均需熔透，对于采用对接焊缝的焊接接头形式，当板厚为6～20mm时，不开坡口，如图1所示；当板厚为20～25mm时，开v字形坡口，坡口角度β为30～90
°
，设计≤20mm钝边，如图2所示；对于采用角接焊缝的焊接接头形式，对接角度α为90
°
，当板厚a、b为6～20mm时，不开坡口，如图3所示；当板厚a、b为20～25mm时，设计≤20mm钝边，焊缝外侧坡口角度c为30～90
°
，如图4所示。对于不同焊接接头形式，两块待焊接钛合金板之间的装配间隙p均为0～0.5mm。
28.焊接时，激光束在前，mig电弧在后，间距保持0.1～0.5mm。通过设定焊枪速度，确保焊枪移动稳定、速度均匀。对于平焊方式，焊枪相对于焊接接头上表面为90
°
，如图5a和5b所示；对于立焊和横焊方式，焊枪相对于焊接接头立面角度均为90
°
，分别如图6所示。
29.焊接过程中采用高纯氩气进行焊缝正面和背面的气体保护。
30.对于采用对接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为10000～20000w，焊接电流为180a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为12000～20000w，焊接电流为200a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；
31.对于采用角接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为11000～20000w，焊接电流为220a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为15000～20000w，焊接电流为240a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min。
32.实施例1
33.使用本发明的钛合金高速焊接方法，进行板厚为20mm+20mm，结构尺寸分别为4000mm
×
750mm
×
20mm和1500mm
×
750mm
×
20mm的某型钛合金车体构件的焊接，要求焊接成为长宽厚为5500mm
×
750mm
×
20mm的整板。焊接过程采用激光-mig复合焊接，完成平焊位置的焊接，焊接接头设计为对接无坡口形式的焊缝。装配间隙为0～0.5mm。焊接过程中采用高纯氩气保护实现焊接。具体焊接参数如下表所示：
[0034][0035]
实施例2
[0036]
使用发明的钛合金高速焊接方法，进行板厚为25mm+20mm、结构尺寸分别为5500mm
×
750mm
×
20mm和5500mm
×
880mm
×
25mm的某型钛合金车体角接接头的焊接，要求两块钛合金板呈90
°
角接。焊接过程采用激光-mig复合焊接，完成平焊位置的焊接；焊接接头设计为角接无坡口形式的焊缝，装配间隙为0～0.5mm。焊接过程中采用高纯氩气保护实现焊接。具体焊接参数如下表所示：
[0037][0038]
与常规tig焊接相比，采用本发明提出的高速焊接方法，车体焊接后整体变形很小，尺寸稳定可控，生产准备时间减少，生产效率得到明显提高，焊缝考察指标完全达标。
[0039]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形
也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种特种车辆钛合金高速焊接方法，其特征在于，所述钛合金高速焊接方法采用激光-mig电弧复合热源；对于采用对接焊缝的焊接接头形式，当板厚为6～20mm时，不开坡口，当板厚为20～25mm时，开v字形坡口，坡口角度为30～90
°
，设计钝边；对于采用角接焊缝的焊接接头形式，对接角度为90
°
，当板厚为6～20mm时，不开坡口，当板厚为20～25mm时，设计钝边，焊缝外侧坡口角度为30～90
°
；对于采用对接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为10000～20000w，焊接电流为180a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为12000～20000w，焊接电流为200a，焊接电压为25v，离焦量为0mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；对于采用角接焊缝的焊接接头形式，采用平焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为11000～20000w，焊接电流为220a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min；采用立焊方式时，焊枪角度为90
°
，激光功率为15000～20000w，焊接电流为240a，焊接电压为30v，离焦量为-1mm，光丝间距为0.1mm，焊接速度为1.5～2m/min。2.如权利要求1所述的钛合金高速焊接方法，其特征在于，两块待焊接钛合金板之间的装配间隙均为0～0.5mm。3.如权利要求1所述的钛合金高速焊接方法，其特征在于，钝边长度≤20mm。4.如权利要求1所述的钛合金高速焊接方法，其特征在于，焊接时，激光束在前，mig电弧在后，间距保持0.1～0.5mm。5.如权利要求1所述的钛合金高速焊接方法，其特征在于，对于平焊方式，焊枪相对于焊接接头上表面为90
°
；对于立焊和横焊方式，焊枪相对于焊接接头立面角度均为90
°
。6.如权利要求1所述的钛合金高速焊接方法，其特征在于，焊接过程中采用高纯氩气进行焊缝正面和背面的气体保护。

技术总结
本发明提出一种特种车辆钛合金高速焊接方法，能够实现大型特种车辆钛合金车体外部不同厚度及接头形式焊缝等激光-MIG复合焊接，改善结构质量，提高焊接生产效率，解决采用普通TIG焊方法焊接板厚为6～25mm大型复杂特种车辆钛合金车体时，焊接速度慢、焊接变形和残余应力大的问题。与普通TIG焊方法相比，焊接速度提高10倍以上，同时由于焊接速度快，整体热输入低，焊接变量形降低50％。焊接变量形降低50％。焊接变量形降低50％。


技术研发人员：万鹏 冯和永 高金良 宋旭杰 任雁 刘政 周晓宇 成雅徽 耿景刚 杨海林 张举鹤 王惠泽 刘浪浪
受保护的技术使用者：北京北方车辆集团有限公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/9