[发明专利]一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置及方法

说明书

一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置，该焊接装置包括He供气组件、Ar供气组件、GTAW焊枪、待焊工件、供电电源、控制机构和供气管路，本发明的一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置及方法，从焊接保护气的角度出发，利用Ar和He的电弧压力差，针对性地设计了氩（Ar）‑氦（He）交替供气对熔池进行保护的工艺，以实现焊接过程中熔池内液态金属的主动流动性，避免未熔合现象的发生。整个焊接装置操作简单，焊接效率高，降低了焊接处的气孔率，并可根据不同的板厚和坡口角度对气体配比和交替频率进行调整，以达到最佳的焊接效果，实用效果较好。

技术领域

本发明涉及钛合金件的GTAW焊接技术领域，具体的说是一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置及方法。

背景技术

钛及钛合金以其高比强度、优质抗腐蚀性能以及无磁性等一系列优点，在海洋工程、船舶建造、石油化工、航空航天、交通运输和核电设备等工业领域广泛应用。钛及钛合金最常用的焊接方法是非熔化极惰性气体保护焊（GTAW）。对于厚度≥3mm的母材，采用GTAW焊接时，需要加工V型坡口（通常45°~60°），对于厚度大于10~15mm的大厚度结构，还需要加工X型坡口焊接。随着母材厚度的增加，坡口填充量不断加大，不但焊丝耗费增加，且由于钛合金刚度低，易造成更大的焊接变形量，焊接质量难以保证。

为了降低中大厚度钛合金GTAW的焊丝填充量，钛合金窄间隙GTAW应运而生，窄间隙GTAW焊接时，采用更窄的坡口设计，通常≤15°，为了增加焊缝根部的可达性，通常采用加长钨极的方式。窄间隙GTAW既可采用手工，也可采用机动，可大大降低中厚板焊接的焊材填充量和焊后产品的变形，受到行业的重视，发展迅速。

但是，对于厚度较大，或者坡口角度较小的钛合金窄间隙GTAW，当采用手工焊接时，由于焊枪的视线干扰，且运枪姿态受到坡口侧壁位置限制，会造成填丝和电弧对熔池加热的不匹配，极易产生未熔合缺陷。如附图1所示，为现有技术中窄间隙GTAW的焊接过程原理图，对于母材厚度h为30mm的钛合金板材GTAW时可以看出，在侧壁及熔池边缘往往是电弧边缘，电弧能量不够集中，极易造成能量不足，产生未熔合缺陷；当采用自动GTAW窄间隙时，由于最小电压原理，电弧总是优先指向距钨极尖端最近的母材，电弧指向性变弱，同样容易产生层间未熔合。这也是钛及钛合金窄间隙GTAW推广应用受到制约的原因。

发明内容

为了解决现有技术中钛合金窄间隙GTAW焊接易出现侧壁及层间未熔合，焊接质量不稳定的问题。本发明提供了一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置及方法，其从焊接保护气的角度出发，利用Ar和He的电弧压力差，针对性地设计了氩（Ar）-氦（He）交替供气对熔池进行保护的工艺，以实现焊接过程中熔池内液态金属的主动流动性，避免未熔合现象的发生。整个焊接装置操作简单，焊接效率高，降低了焊接处的气孔率，并可根据不同的板厚和坡口角度对气体配比和交替频率进行调整，以达到最佳的焊接效果，实用效果较好。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种交替供气式钛合金窄间隙GTAW用焊接装置，该焊接装置包括He供气组件、Ar供气组件、GTAW焊枪、待焊工件、供电电源、控制机构和供气管路，其中，He供气组件和Ar供气组件分别通过一段供气管路与GTAW焊枪连接，为GTAW焊枪提供焊接时的保护气流，在两段供气管路上分别设置有用于调节氦气气流的高频阀A和用于调节氩气气流的高频阀B，所述的控制机构包括相互之间电连接的供电单元、A路供电电路、B路供电电路、A路驱动电路、B路驱动电路、显示模块和人机交互模块，供电单元与供电电源连接，为整个控制机构提供电力支持，A路供电电路和A路驱动电路均与高频阀A连接，以分别为高频阀A提供电力和驱动信号，B路供电电路和B路驱动电路与高频阀B连接，以分别为高频阀B提供电力和驱动信号，显示模块用于显示整个控制机构的工作信息，人机交互模块用于人工控制和输入信息，所述的GTAW焊枪也与供电电源连接，并能够在供电电源的电力供给下，经由高频阀A和高频阀B的气体调控，为待焊工件的焊接提供Ar-He交替供气式气流保护。