[实用新型]一种大厚度钛合金板超窄间隙激光填热丝焊接用送丝管

说明书

本实用新型提供了一种大厚度钛合金板超窄间隙激光填热丝焊接用送丝管，包括细管段、过渡段和粗管段，细管段的一端与过渡段的小端连接，粗管段的一端与过渡段的大端连接，细管段、过渡段和粗管段内部连通，在粗管段设有加热装置连接座和保护气装置转接头，在粗管段的远离过渡段的一端套设有一弹性套管，弹性套管为盲管，在弹性套管内设有脱脂绵滤网，在弹性套管的封闭端的端面上开设有容纳焊丝的圆孔。本实用新型对钛合金局部焊丝加热的部分进行惰性气体保护，避免加热状态的钛合金焊丝接触空气中的氢氧氮气体，而引起焊接缺陷，保证焊接接头质量好，大幅提升焊接效率且送丝管的构型的设计与保护焊接熔池的气罩之间不发生气体紊流干扰。

技术领域

本实用新型属于焊接技术领域，尤其是涉及一种大厚度钛合金板超窄间隙激光填热丝焊接用送丝管。

背景技术

钛合金因其所具有的比强度高、无磁性、无毒性、强度高、耐腐蚀、工作温度区间宽、加工成型好等许多优良特性被誉为海洋金属、空间金属和未来金属。其广泛应用于海洋钻探、压力容器、深潜器、核潜艇、宇航舰船、武器装备等领域。早在上个世纪80年代的时候，美国的海防建设军队就已经开始釆用钛合金制造远洋运输舰艇，使其使用寿命以及稳定性大幅度提高，维修成本也大幅降低。近年来，很多西方发达国家在深海空间工作站制造业中使用钛合金材料的比例一直在增加。

与整体冲压成形相比，焊接制备加工量小、周期短、耗材少，成本低。深海空间工作站、核潜艇及深潜器等领域所需钛合金均为大厚度板材，厚度往往超过40mm，甚至达到80mm。从而优质高效的焊接工艺就成为深海潜水器制造的关键技术之一。目前，大厚度TC4钛合金焊接时多采用TIG焊和真空电子束焊接。TIG焊生产效率低、热输入量大，如果钛合金板厚度较大，会使焊后残余应力高，变形难以控制；而电子束焊接需要真空环境，除了增加生产成本外，也限制了焊接加工试件的尺寸，同时其还会产生一定辐射。基于深海空间工作站、核潜艇及深海潜水器等装备的特殊应用环境，其对焊接接头综合性能要求极高，若结构件尺寸变形较大，会导致不能满足尺寸要求及装配精度，增加后续加工难度，甚至致使整个结构件报废。此外，焊接过程中产生的残余应力及不均匀分布情况将直接影响结构件的可靠性及服役时间。

窄间隙激光填丝焊接技术在大厚度不锈钢、铝合金及高强钢等领域已有突破，其利用激光填丝焊接热影响区狭窄的优点，通过激光功率和焊接速度的优化、光丝间距和离焦量调控等手段，并利用填充焊丝有益补充激光束烧损合金元素，对焊接应力及变形进行了有效控制。

然而，窄间隙激光填丝焊接技术仍然对高功率激光器有较大依赖，然而激光功率过大，加热区域范围不易控制，等离子体及匙孔不稳定，导致焊缝的熔合比增大，牺牲了激光热源精确加热的优势，并且容易出现飞溅和烟雾，这些都会对焊接质量造成影响，激光填丝焊由于激光既要熔化母材，又要熔化焊丝，焊丝的熔敷效率受到一定限制，而采用电阻加热的方式对局部焊丝提前进行加热，可以减少焊丝熔化对激光功率的依赖并大幅提高熔敷效率，这种热丝焊接方法在非熔化极惰性气体保护焊接领域有较为广泛的应用，在激光填丝焊接技术中，对于铝合金及高强钢等材料也有一定的应用，但利用激光填热丝焊接技术焊接钛合金的研究还很少，暂未见有关报道及专利。

钛合金在高温焊接条件下对气体有很高的化学活性，容易被空气、水分、油脂等污染，使钛合金与其中的氧、氮、氢发生作用，从而降低焊接接头的塑性和韧性。在高温条件下钛与氧、氮、氢等的亲和力非常强，无气体保护的钛合金在300℃以上开始吸氢，在600℃以上开始吸氧，700℃以上开始吸氮，这些氢、氧、氮被钛合金吸收后会引起接头脆化，从而使得焊接接头的淬硬倾向提高，塑性及韧性严重下降，甚至还会出现大量气孔及裂纹缺陷。

激光填热丝焊接过程中，由于对填充钛合金焊丝局部提前进行通电，设置电流为80A-100A，使局部焊丝温度达到450℃-500℃，而这个温度正是钛合金焊丝进行吸氢的温度范围，所以对钛合金局部焊丝加热的部分进行惰性气体保护十分必要，并且这个具有气体保护功能的送丝管与保护焊接熔池的气罩之间还不能发生干扰，目前国内外未见关于钛合金厚板窄间隙激光填热丝焊技术及具有惰性气体防护作用的送丝管方面的相关研究，借鉴的经验及可以查阅的相关文献匮乏。