[发明专利]一种高效的钛合金激光-电弧复合热源管道焊接工艺

说明书

本发明提供一种高效的钛合金激光‑电弧复合热源管道焊接工艺，包括如下步骤：根据待焊工件的板材厚度加工坡口，清洁焊接部位的油污，保持待焊工件表面干燥；根据待焊工件的大小在正式焊接前对其进行点焊固定；选用激光‑TIG电弧复合的主式进行焊接；根据待焊工件的坡口形式确定有无冷填丝/盖面焊接，如需要，则选用预设直径的焊丝按照预设的送丝速度进行填充；待焊工件通过薄板单层焊接与厚板多层多道焊接实现管道纵、环缝高质量焊缝成形；焊后对不符合标准的焊缝进行打磨并清理飞溅物。本发明简化了焊接步骤，焊接方式简单，材料选用准确规范，能保证钛管焊接质量。

技术领域

本发明涉及材料工程焊接技术领域，具体而言，尤其涉及一种高效的钛合金激光-电弧复合热源管道焊接工艺。

背景技术

钛合金输送管道由于其具有良好的耐腐蚀性，因此在海洋工程，油气输送、化学工业等领域得到了广泛的应用。

焊接技术作为管道制造的关键技术，对最终管道的质量起着决定性作用。钛合金具有热导率小的特点，在焊接时熔池冷却速度较慢，熔池持续受电弧热原作用，焊接熔池会逐渐增大，熔池中较多的液态金属导致了大的熔池自重，当熔池自重逐渐增大超过底部熔池支撑力阈值后，熔池就会失稳引起焊缝烧穿。因此，钛合金的焊接需要保证接头完全熔透形成有效连接，同时还应减小熔池体积，钛合金焊接应选用能量密度高且热输入小的焊接方法。

TIG焊接作为钛合金焊接最常选用的方法，由于其具有操作灵活、适应性强的特点，在钛合金焊接中已经得到了广泛的应用。为了减小焊接熔池体积，提高焊接的稳定性，在TIG焊接时，需要减小电弧的能量，而电弧能量的减小直接导致了焊接速度的降低。在钛合金长输管道的实际生产过程中，常采用脉冲TIG焊接工艺。

脉冲TIG热源具有间歇加热效应，峰值电弧与基值电弧交替作用熔池，参数可控性及适应性较好，在保证全熔透情况下，避免了焊接熔池受大电流电弧持续作用引起的熔池增大，提高了钛合金熔化焊接的稳定性。但是，由于电弧热源的能量分散、能量密度低、热源能量穿透能力差，因此，焊接速度的提升仍旧受到了很大的限制。而采用高能束焊接方法，由于其能量密度非常集中，同时熔池中的液体钛合金拥有负的表面张力梯度，焊接接头易形成咬边缺陷，降低接头使用的安全系数。

综上，目前亟需提供一种适合钛合金的管道焊接方法，用以解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

根据上述提出钛合金电弧焊接与高能束焊接方法存在的技术问题，同时注意到钛合金长输管道焊接过程中，脉冲电弧热源的稳定性优势，以及高能量密度激光热源的高效性优势，本发明针对壁厚为1～8mm管径为φ110～φ150mm的钛合金长输管道焊接，提出了一种优质高效的激光-电弧复合热源管道焊接工艺，既保留电弧热源的低成本广泛适用性，又保留了激光热源的高效性。

本发明提出的激光-电弧复合热源从整体来看，兼具了电弧热源的脉冲特性与激光热源的高效性，主要利用激光增加了电弧的穿透力，提高能量密度减小焊接热输入，同时电弧增加了激光能量作用范围，使得熔池中的热源热量重新分配，在减小熔池体积的同时，还可以降低熔池表面温度梯度、减小熔池自重及改善熔池流动，达到抑制烧穿与咬边目的。从而实现钛合金稳定高速焊接，得到优质的焊接接头。

本发明采用的技术手段如下：

一种高效的钛合金激光-电弧复合热源管道焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、根据待焊工件的板材厚度加工坡口，清洁焊接部位的油污，保持待焊工件表面干燥；

步骤S2、根据待焊工件的大小在正式焊接前对其进行点焊固定；

步骤S3、选用激光-TIG电弧复合的主式进行焊接，其中，Ar气纯度为99.99％；根据待焊工件的坡口形式确定有无冷填丝/盖面焊接，如需要，则选用预设直径的焊丝按照预设的送丝速度进行填充；