钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺研究

钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺研究摘要：为探究钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺，解决TIC焊接中的难题。本研究以钛合金管作为试材，采用直流脉冲钨极氩弧焊机氩弧焊机，3D曲面焊接法进行实验。在此次研究中，分区间设置焊接参数，基值时间为0.12S，峰值时间0.03s，基值电流为15A，并叠加脉冲电流的应用，可以收到较好的焊接效果。此研究将为钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺的控制提供一定的参考。

关键词：TIG；焊接；曲面；钛合金

材料是设备制造的基石。材料的性能和处理工艺将在很大程度上决定了设备的性能。随着制造业的不断发展，钛合金材料被广泛地应用于航空、化工及医疗器械等领域，该型材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀及无磁、抗高温等特点，成为航空、化工及医疗器械领域高端型材之一。制造业在国民经济中的不断发力，也使得钛合金材料的应用更加的广泛。钛合金材料在这些领域的应用主要是以管系的搭建为主要样式，而这一应用方式在一定程度上对钛合金材料的焊接工艺提出了更高的要求[1]。钛合金曲面焊缝需要一次性获得成型且尺寸均匀，同时需要能够承受高温、高压、腐蚀等多条件的恶劣环境。这也就意味着焊缝一旦发生泄露将带来无可挽回的巨大经济损失。在对这一问题的深入研究中发现，国内对于钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺研究处于起步阶段，就如何保证钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺的质量当前仍在探索当中，本研究将以钛合金曲面焊缝为研究对象，通过不同层面的钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺的展开对比研究，现报告如下：

1钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验材料及方法

1.1实验材料

采用钛合金管作为试材，规格为：改为Φ32mm。

1.2实验方法

采用直流脉冲钨极氩弧焊机进行3D曲面焊接法。焊接位置为拼焊。待焊接完成后对焊接成缝的尺寸、外观及金相进行检验，并以此为结果展开对比分析。

2钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验结果与分析

2.1精确分区焊接结果

此次研究的过程中采用精确分区法对TIG焊接工艺参数进行确定。根据管件弧面各特征区间将其分为易融合、易融孔、以焊宽不足四个分段，并将每个焊段以1o为单位进行划分[2]。

2.2不同脉宽对比实验结果

钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺中一般将焊合线的长度来作为重要的评估指标。在焊接的过程采用不同峰值和基值时间、峰值和基值电流进行调节，并以此来控制焊缝的宽度。此次研究中对不同脉宽比的焊接实验参数（详见表1）的分析中可以发现，6#

、7#两组实验中所采用的峰值和基值时间、峰值和基值电流参数下得到了较好的焊接效果。

2.3增设叠加脉冲电流对比实验结果

此次实验的过程中，通过对焊宽比的再次调节，发现焊缝的熔合线长度发生了显著的变化，但就融合效果上不太理想。因此在原脉冲电流的基础上增加了叠加脉冲电流。结果显示，在保持打底焊基值电流、峰值电流及基值时间的情况下，施加叠加脉冲电流后，钛合金曲面焊缝熔合线的长度得以明显的改善，局部未融合、焊缝宽、纹路密集等现象基本消失[3]。

3钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验讨论

3.1当曲面焊缝采用插接的方式进行焊接时，管线坡口区域的结构相对较为复杂。由于管线材质的特性，易造成焊接过程中的流动，因此在上坡段和下坡段区域出现了明显的焊缝增宽的现象，影响了整个焊缝的外观。在上拐点段和下拐点段，在线速度一定的情况下，在过渡点的停留时间稍长，因受积热效应的影响，导致焊缝在宽度及均匀性层面出现了一定的不足，因此，钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺宜采用分区间设置的方式进行焊接。

3.2此次研究中采用脉冲电流的方式来进行焊接，在这一过程中通过对的峰值和基值时间、峰值和基值电流进行调节以找到合理的参数。这些参数当中，基值电流的主要作用是起到稳定焊接过程的电弧的作用，其中，这一电流越小焊接电弧的稳定性就越高。这一电流越高则越容易会导致峰谷之间的间隔时间拉长，进而导致峰值盲区的出现，容易致使局部未熔合及纹路增加的情况。因此，在钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺中应对峰值电流进行调节，使之能够与脉宽比向匹配，进而试下对焊缝宽度的合理控制。此次实验当中，也引入了叠加电流这一控制变量，来实现对焊缝熔合线长度的干预，实验结果显示，这一电流的引入使得焊接中的瞬间电流得以提升，从而使得管线焊接的焊缝熔合线长度得到进一步的控制，受到了较好的效果[4]。

4钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验结论

（1）钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验中，通过分区间地设置焊接参数，能够实现对钛合金曲面焊缝TIG焊缝重新的有效控制。

（2）钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺实验中，对脉动电流和叠加脉动电流的调节可以实现对钛合金曲面焊缝融合线长度的合理控制，进而提供钛合金曲面焊缝TIG焊接工艺的效能。

参考文献：

[1]乌彦全.薄壁曲面钛合金惯性摩擦焊缝质量超声相控阵检测研究[D].机械科学研究总院;机械科学研究总院哈尔滨焊接研究所,2019.

[2]张永和,何俊,翟大鹏,等.TC4钛合金压力容器电子束焊接模拟分析[J].焊接学报,2017,38(5):18-21,48.

[3]重庆市瑞友机械厂.一种多曲面的