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如何做好钛合金MIG焊?

上一篇介绍了钛合金常用焊接方法,重点介绍了钛合金MIG焊基本情况。目前国内钛合金MIG焊还处于发展阶段,技术成熟度不高,存在一定的技术门槛,很多制造厂尚未掌握和大面积应用该焊接工艺。钛合金MIG焊基本工艺要求可依据CB 1216-2012执行,该标准详细规定了舰船钛合金焊接工艺要求,是干好钛合金焊接的前提。

钛合金MIG焊角焊缝

1.人员

要干好钛合金MIG焊,理论和操作水平是前提,质量意识和职业素养是关键。有证不代表就能焊出优质焊缝,因为钛合金材料特性决定了其整个焊接过程包括焊前、焊中、焊后都应严格执行好各项工艺规程,一个不起眼的小细节没有及时处理好,就很有可能产生隐患。把干钢结构那一套直接拿过来干钛,不严格执行钛合金焊接工艺要求,发现问题视而不见,想当然的认为没事,那是一定会出事的。

比如焊接工艺要求中规定坡口宜采用机械或硬质合金磨轮磨削方法加工,加工面金属不应产生氧化色。有的焊工可能就是砂轮打磨,觉得无所谓,肉眼看去差不多,就直接去焊接,殊不知砂轮打磨的地方母材已经出现高温氧化,局部地方也会残留砂轮粒,这些都给焊缝带来了质量隐患。若采用砂轮磨削,一定要使用硬质合金磨轮或锉刀将坡口表面附着的砂轮粒子去除。再比如,工艺要求里面有要求焊丝端部氧化端头应去除,即便是点焊,也应按正式焊接对待,焊前应认真清理母材、焊丝、焊接坡口及其边缘等等,都应严格遵守,否则,就会对焊缝造成质量隐患。实际生产中,经常可见未进行严格清理就点焊的情况。干钛合金的焊工,必须有足够的质量意识和职业素养,严格执行工艺要求,才可能焊出高质量焊缝。

硬质合金磨头

2.设备

钛合金MIG焊对焊接设备的性能要求较高,比如电源外特性、对电弧动特性的响应速度、送丝稳定性、专家程序库等。为了获得较好的焊缝成型,较低的焊接飞溅和气孔率,专业的钛合金MIG焊设备厂家一般会针对钛合金开发专用的MIG焊接程序。国内福尼斯、松下、卡尔克鲁斯等设备厂商在钛合金MIG焊领域有一定知名度和技术实力。设备和配套仪器仪表要定期检定,合格方可继续使用。

福尼斯熔化极气体保护电弧焊代表焊接设备及面板

3.材料

钛合金焊接料主要包括母材、焊材、保护气等,各种材料应满足相关标准或设计规范。如Ar应满足GB/T4842,露点不高于-50℃。对于特定母材,CB 1216-2012和NB/T47015中有推荐焊材,对于异种钛合金焊接,一般采用强度级别低的母材的配套焊材。对于钛合金而言,氢致延迟裂纹是钛合金焊后开裂的主要原因之一,必须严格限制母材及焊材中的氢含量,焊前应严格进行清理,去除焊接区油污、水渍、氧化膜等杂物。标准规定的氢含量上限是最低要求,实际材料氢含量越低越不容易出现氢致延迟裂纹。

4.工艺

CB 1216-2012中给出了推荐焊接工艺参数,不同板厚匹配多大焊接电流、焊接速度等。钛合金MIG焊为了获得较好的焊缝成型,一般都会采用直流脉冲焊。对于熔化极气体保护焊而言,一脉一滴是最稳定的熔滴过渡过程,一脉多滴的喷射过渡也是较好的熔滴过渡方式,不仅焊接效率高,而且焊接过程稳定,飞溅少,焊缝成型也较好。

以福尼斯TPS系列焊机为例,焊接模式选择一元化脉冲焊,直流反接,也即工件接电源负极,焊枪接电源正极。程序选择专用钛焊接程序。焊丝干伸长一般为焊材直径10~15倍为宜。此外,专家系统提供了弧长修正和脉冲修正两种工艺因素供操作者对一元化焊接模式的焊接参数进行适当的调整,从而获得需要的焊接效果。其中弧长修正范围-30%~30%,脉冲修正范围为-5%~5%,默认专家模式弧长修正和脉冲修正均为0。随着弧长修正由-30%到30%变化,电弧长度增加,焊缝宽度增加,电弧变得柔和,飞溅减小。对于角焊缝而言,焊缝会由凸形向平至微凹转变,同时焊接飞溅越来越小。电弧长度拉太大,电弧可能会漂移,容易出现焊缝咬边。脉冲修正用于调节熔滴过渡力,随着脉冲修正参数增加,熔滴过渡力增加,电弧挺度也增加了,会出现飞溅。实际焊接过程中,弧长修正和脉冲修正应依据具体的焊接电流大小、焊接接头形式、需要达到的焊缝外观、焊工操作手法等针对性的进行调整,找到一个相对较好的焊接参数,实现较稳定的熔滴过渡、较小的焊接飞溅和较好的焊缝成型。

不同弧长修正参数焊缝特征

不同于TIG焊,MIG焊焊枪保护气推荐采用70%He 30%Ar。He由于电离能高,电弧电压大,电弧能量高,挺度大,从而获得更好的电弧稳定性,较低的飞溅和气孔率,较高的熔深,同时改善润湿性,获得较好的焊缝成型。拖罩和背保一般采用纯度不低于99.99%Ar。

5.环境

钛及钛合金焊接区应与其它材料的作业区分开,除采取有效措施外,焊接环境出现以下任一情况,不宜施焊:

(1)焊接环境不清洁,有灰尘、烟雾;

(2)焊接环境风速大于或等于1.5m/s;

(3)焊接环境相对湿度大于80%;

(4)下雨、下雪的室外作业;

(5)焊件温度低于5℃;

(6)未配备通风设施或配备的通风设施不符合安全要求。

总体而言,钛合金MIG焊是一个系统性的工作,焊接清理,焊接保护,工艺规范,焊后的外观及无损检测,应力消除,焊接变形控制,不合格焊缝返修等等,对人、机、料、法、环、测等多方面都有较高要求,需要大量的技术摸索和工程制造经验积累。

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