薄壁構(gòu)件自動(dòng)TIG焊接參數(shù)的應(yīng)用研究

王平

摘 要 鈦合金由于其具有較高的強(qiáng)度和良好的焊接性能等特點(diǎn)，其應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，特別是在航空產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中，鈦合金在飛機(jī)產(chǎn)品材料比例逐步增加，針對(duì)鈦合金材料的焊接特性研究對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)有非常重要的意義。本文采用自動(dòng)TIG焊設(shè)備進(jìn)行薄壁TC1鈦合金的焊接試驗(yàn)，基于方差的試驗(yàn)分析研究，得到了熔寬與焊接電流、焊接速度和氣體流量之間的多元線性回歸方程，這些科學(xué)問(wèn)題的研究對(duì)于了解薄壁TC1材料的自動(dòng)TIG焊接具有重要的工程意義。

關(guān)鍵詞 TIG焊接;TC1鈦合金;薄壁構(gòu)件

引言

在飛機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，焊接技術(shù)已經(jīng)成為其關(guān)鍵核心技術(shù)，通過(guò)焊接的方式一方面可以減輕飛機(jī)零件的重量，另一方面可以為零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中新的設(shè)計(jì)思路提供技術(shù)支持，并促進(jìn)飛機(jī)性能的提升。本文采用鈦合金材料，厚度0.8mm薄壁板材進(jìn)行自動(dòng)TIG焊接工藝研究，分析出不同焊接參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量的影響程度，基于方差試驗(yàn)的分析和研究，得到了焊接熔寬與焊接電流、焊接速度和氣體流量之間的多元線性回歸方程[1]。

1焊接工藝參數(shù)選擇

TIG焊的參數(shù)包括：焊接功率的類型和極性，鎢的直徑，焊接電流，電弧電壓，氬氣流量，焊接速度，噴嘴直徑，噴嘴與焊接部分之間的距離以及焊接長(zhǎng)度。這些參數(shù)必須具有合理的設(shè)置才能獲得令人滿意的焊接質(zhì)量。

焊接電流的類型與大小通常取決于基于工件材料的電流選擇的類型。主要根據(jù)材料、厚度、接頭形式、焊接位置，有時(shí)選擇還需考慮焊工技術(shù)水平（鎢氬弧）。焊接過(guò)程中焊點(diǎn)之間應(yīng)存在一定的重疊率，這樣才能夠獲得連續(xù)并且排列密集的焊縫[2]。

焊接速度應(yīng)與氬氣流量相配合，當(dāng)著焊接速度的增加，氬氣流量也應(yīng)相應(yīng)的增加，否則會(huì)因?yàn)楹附铀俣冗^(guò)快，來(lái)不及在熔池附近形成惰性氣體保護(hù)層，空氣中的其他元素會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生破壞。同時(shí)，焊接速度對(duì)焊縫成形也有顯著影響。因此，選擇合適的焊接速度是非常重要的。

2正交試驗(yàn)方案

通過(guò)對(duì)0.8mm薄壁TC1鈦合金試片的自動(dòng)TIG焊接工藝試驗(yàn)，利用正交試驗(yàn)摸索出影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量及焊接變形進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)合適的焊接氣體保護(hù)裝置，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.1 不同工藝參數(shù)對(duì)熔寬的影響

對(duì)于薄壁構(gòu)件的焊接來(lái)說(shuō)，熔寬是一個(gè)重要的指標(biāo)。熔寬的尺寸決定了薄壁構(gòu)件的尺寸大小，并且熔寬的尺寸對(duì)于焊接變形尺寸有一定的影響。所以非常有必要研究不同焊接工藝參數(shù)對(duì)熔寬的影響規(guī)律。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)序列號(hào)的隨機(jī)排列來(lái)保證正交實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，且整個(gè)焊接試驗(yàn)安排在專用的焊接間，這樣能夠保證試驗(yàn)環(huán)境的一致性。在對(duì)試驗(yàn)板材經(jīng)過(guò)切割、打磨后，利用顯微鏡進(jìn)行觀察，并對(duì)試片的熔寬尺寸進(jìn)行了標(biāo)定。試驗(yàn)得出16組的正方面熔寬值結(jié)果。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果分析，通過(guò)觀察焊縫表面質(zhì)量及焊接變形情況，確定了0.8mm薄壁TC1鈦合金焊接工藝規(guī)范參數(shù)：焊接電流：45A-50A;焊接速度：500mm/min;焊槍保護(hù)氣體流量：10L/min-15L/min，電弧電壓：9V。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

由于試驗(yàn)的目的是為了明確各列對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響是否顯著，在哪一個(gè)水平上是顯著的，因此對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

表2分別給出了焊縫正面熔寬方差分析結(jié)果和焊縫背面熔寬方差分析結(jié)果。表2中F值大小反映了各個(gè)因素對(duì)正面熔寬影響的顯著性。如果某個(gè)因素的F值越大，則該因素對(duì)熔寬的影響越大。

因此從表中可以看出，B因素的F值最大，其次是 A因素，C 因素的F值最小，這表示焊接速度是影響熔寬大小的最重要的因素，可以通過(guò)調(diào)節(jié)焊接速度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)熔寬的快速改變。在三種工藝參數(shù)中氣流流量對(duì)熔寬的影響最小，即在一定范圍內(nèi)氣流的變化不會(huì)引起熔寬的顯著變化，即在焊接成型的過(guò)程中實(shí)時(shí)地對(duì)氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)不會(huì)對(duì)熔寬造成顯著的影響，這一結(jié)論對(duì)后續(xù)試驗(yàn)具有重要的意義。

而之所以焊接速度對(duì)熔寬影響最為顯著，這是因?yàn)殡S著焊接速度的增加，焊接線能量降低，所以會(huì)導(dǎo)致焊縫熔寬變小。當(dāng)焊接速度高于600mm/min時(shí)，背面熔寬明顯減小。焊速過(guò)低，焊接線能量會(huì)很大，從而形成飛濺;當(dāng)焊速增加，雖可以減少飛濺，但焊縫重疊率也會(huì)減小，影響焊接接頭性能。因此，選擇合適的焊接速度，有利于獲得優(yōu)良的焊接接頭，同時(shí)提高焊接效率。

（1）線性回歸模型的建立

在完成試驗(yàn)后，利用Design Expert 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了基于方差分析的研究，來(lái)確定試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)利用軟件將試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多元線性回歸擬合，得到了兩個(gè)三元線性回歸方程，

即：正面熔寬=4.3599375+0.9415875*A-1.7285625*B+0.1105125*C

背面熔寬=3.6176875+1.1229375*A-1.9180125*B+0.1151625*C

A為焊接電流，單位為A：B為焊接速度，單位為MM/min：C為氣體流量L/min。 通過(guò)預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的比較，可以對(duì)擬合的精度進(jìn)行一定程度的評(píng)估。從擬合結(jié)果看出線性回歸模型較為顯著，可信度較高。

3結(jié)束語(yǔ)

在薄壁TC1鈦合金材料的自動(dòng)TIG焊接過(guò)程中得出以下結(jié)論：通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)焊接參數(shù)與熔寬的影響可以得出隨著焊接速度增大或電流的減少，焊縫熔寬會(huì)減小。反之則會(huì)因?yàn)楹附泳€能量的增大而導(dǎo)致焊縫寬度增大。在保證焊透的前提下，選擇適當(dāng)?shù)暮附与娏?、焊接速度，有助于獲得成形良好的焊縫。利用 Design Expert 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了基于方差分析的研究，得到了熔寬與焊接電流、焊接速度、氣體流量之間的多元線性回歸方程，對(duì)后續(xù)焊接工程應(yīng)用起到指導(dǎo)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 凌堃.焊接熱輸入對(duì)鈦材焊接接頭性能的影響[J].焊接技術(shù)， 2011（4）：29-31.

[2] 楊文甲.薄壁焊接鈦管工藝及性能[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)， 1994（4）：91-94.