一种避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法

本发明属于手工钨极氩弧焊工艺，更具体地涉及一种避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法。

背景技术：

1、手工钨极氩弧焊适配碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金、铝合金、铜合金等多种金属材料焊接，焊缝成形质量优良，是金属加工领域应用十分广泛的焊接工艺。其中，手工钨极氩弧焊同样为镍基合金焊接的首选工艺，但在焊接uns n10003等镍含量超过60%的高镍镍基合金时，焊缝极易产生未熔合缺陷。

2、针对镍基合金焊接产生的未熔合缺陷，现有技术可通过优化坡口结构、调整基础焊接工艺参数，有效改善侧壁未熔合问题，但多层多道焊过程中出现的层间未熔合缺陷仍难以得到可靠控制。层间未熔合缺陷随机分布在相邻两层焊道之间，常规射线探伤难以检出，仅能通过超声检测或焊缝截面宏观金相检验发现，如图1所示，隐蔽性强，存在极大的焊缝安全隐患。

3、在焊接工艺参数恰当的情况下，镍基合金焊接中层间未熔合缺陷的产生主要存在两方面根源：第一，相较于碳钢，镍基合金熔融液态金属粘度更大，熔滴表面张力更高；第二，若前一层焊道表面凹凸不平、波纹落差大，后续施焊时熔融金属液滴无法充分铺展、贴合至母材或上一层焊道表面，最终形成层间未熔合缺陷。

4、目前行业内解决该问题的主要手段为层道间打磨处理，即每完成一层焊道焊接后，使用打磨工具将前层焊道表面整体打磨平整，消除凹凸形貌后再开展下一层焊接。现有的焊接工艺层间焊道的打磨情况见图2，可以看到层间的打磨工作量较大。氩弧焊本属于一种高质量的焊接方法，在碳钢等其他材料焊接时均无需打磨，镍基合金焊接时层间的大量打磨，一方面会严重影响焊接效率，另一方面也会造成焊接材料的浪费，而且打磨产生的粉尘也会造成洁净工作区域的环境污染。例如cn110877139a公开的哈氏合金手工氩弧焊工艺，其消除未熔合缺陷的主要方法仍然是通过打磨来解决问题，尤其需要层间打磨。

技术实现思路

1、为了解决现有多层多道手工钨极氩弧焊须打磨层道才能抑制层间未熔合缺陷的问题，本发明旨在提供一种避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法。

2、根据本发明的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其包括协同执行电流控制、焊丝填加控制和施焊手法控制：电流控制：对于厚度不小于6mm的镍基合金工件，填充层焊道与盖面层焊道的焊接电流设置为150~200a；焊丝填加控制：填充层焊道与盖面层焊道焊接时采用点动加丝，焊丝填加至电弧直接指向区域并填加于熔池正前方，焊丝设置为倾斜姿态；施焊手法控制：填充层焊道与盖面层焊道焊接时选用飘把焊或者小折把焊，焊接过程中焊枪不摆动，或者钨极进行有限宽度的摆动。本发明通过匹配150~200a电流区间、标准化焊丝填加操作、限定施焊手法三者协同配合，能够同时降低镍基合金熔滴表面张力、平整成型焊道，无需打磨层道即可从根源杜绝层间未熔合缺陷，减少打磨带来的工时损耗与粉尘污染。

3、在优选的实施例中，所述焊丝倾斜姿态为焊丝与水平面的夹角为 30°~45°。目前现有技术施焊角度较为灵活，通常为15°~30°，本发明通过将焊丝设置为与水平面呈 30°~45° 的倾斜姿态，能够让焊丝端头稳定处于电弧直接指向区域，降低人为操作偏差带来的送丝位置偏移风险，保证焊丝熔滴获得充足电弧热量，减少未熔合缺陷产生概率。

4、在优选的实施例中，所述有限宽度的摆动为钨极左右摆动宽度各不超过2mm。本发明通过将钨极的摆动约束在不超过 2mm 的有限宽度范围内，能够避免钨极大范围摆动造成焊道形成凹凸起伏的粗大鱼鳞纹，维持焊道表面平整，无需打磨即可进行下一层焊接，同时保证电弧燃烧稳定。

5、在优选的实施例中，所述焊丝填加控制还包括：控制单次送丝量，不采用连续加丝；焊丝不填加至电弧薄弱区、电弧阴影区、熔池中心以及熔池侧方，焊接过程不摆动加丝。本发明通过约束单次送丝量、限定焊丝全部禁止送入的区域并禁止摆动加丝，能够避免形成受热不均的大体积熔滴，保证每一份焊丝熔滴充分接收电弧热量，进一步降低未熔合缺陷产生概率，减少返修带来的材料浪费。

6、在优选的实施例中，施焊手法控制包括不使用摇把焊，所述摇把焊为焊枪瓷嘴在工件表面滚动前移、钨极产生单侧摆动宽度超过2mm摆动的焊接操作方式。本发明通过明确界定缺陷成型的摇把焊操作形式，能够清晰区分施焊手法，便于焊工识别并规避会造成焊道凹凸不平、必须打磨找平的操作。

7、在优选的实施例中，所述飘把焊为焊枪瓷嘴不与工件表面滚动接触，依靠手指与工件形成支撑结构推动焊枪前移的操作方式。本发明通过限定瓷嘴悬空、手指支撑走枪的飘把焊操作，能够稳定电弧燃烧状态，焊接成形焊道表面平整无大幅凹凸波纹，省去层间打磨工序。

8、在优选的实施例中，所述小折把焊为焊枪瓷嘴贴合坡口两侧，仅沿坡口宽度做有限宽度的摆动（钨极左右摆动宽度各不超过2mm）并同步向前移动焊枪的操作方式。本发明通过限定瓷嘴贴合坡口、仅有限宽度的摆动（钨极左右摆动宽度各不超过2mm）前移的小折把焊操作，能够适配坡口狭小工况，成形焊道无局部高低落差，焊道整体平整度高，无需打磨即可连续施焊。

9、在优选的实施例中，电流控制时选用150~200a电流区间上限数值进行焊接。本发明通过选用区间上限数值的焊接电流，能够提升单位体积熔滴吸收的电弧热量，减小镍基熔融金属粘度与熔滴表面张力，提升熔滴铺展贴合性能，彻底消除隐蔽层间未熔合缺陷。

10、在优选的实施例中，所述工艺方法的焊接电流适用于厚度不小于6mm的镍基合金工件。本发明通过限定对应150~200a电流区间适配的工件厚度下限，能够规避薄壁工件大电流过热、厚壁工件热量供给不足的问题，保证工艺参数匹配工件热容量需求，稳定控制焊接质量。

11、在优选的实施例中，多层焊道全部焊接过程中，可以不对任意层道焊道进行打磨处理。本发明通过整套工艺组合实现全程免打磨焊接，能够省去打磨工序，缩短整体焊接工时，减少母材与焊缝金属切削损耗，同时消除打磨金属粉尘对洁净焊接区域的污染。

12、在优选的实施例中，所述工艺方法适用于镍含量超过60%的镍基合金。本发明针对高镍合金熔融金属粘度高、熔滴表面张力大的独有材料特性匹配成套工艺，精准解决该类合金特有的层间未熔合缺陷。

13、在优选的实施例中，所述焊接为多层多道手工钨极氩弧焊。本发明针对多层焊接存在层间熔合隐患的工况设计工艺，单层焊接无层间熔合问题，本发明工艺针对性解决多层焊接痛点。

14、本发明通过150~200a限定电流区间、标准化焊丝填加约束以及平整焊道成形施焊手法协同作用，无需对每层焊道进行打磨处理即可有效抑制多层多道焊接过程中的层间未熔合缺陷，省去传统工艺必备的打磨作业，显著提升焊接施工整体效率，减少母材与焊接填充材料的损耗，同时避免打磨产生的金属粉尘污染洁净焊接作业区域，彻底解决了现有工艺依赖层间打磨带来的效率低、耗材浪费、作业环境污染等多重问题，成型焊缝内部无隐蔽层间未熔合缺陷，焊缝焊接质量稳定可靠。

1.一种避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，包括协同执行电流控制、焊丝填加控制和施焊手法控制：

2.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，所述焊丝倾斜姿态为焊丝与水平面的夹角为 30°~45°。

3.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，所述有限宽度的摆动为钨极左右摆动宽度各不超过2mm。

4.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，所述焊丝填加控制还包括：控制单次送丝量，不采用连续加丝；焊丝不填加至电弧薄弱区、电弧阴影区、熔池中心以及熔池侧方，焊接过程不摆动加丝。

5.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，施焊手法控制包括不使用摇把焊，所述摇把焊为焊枪瓷嘴在工件表面滚动前移、钨极产生单侧摆动宽度超过2mm摆动的焊接操作方式。

6.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，所述飘把焊为焊枪瓷嘴不与工件表面滚动接触，依靠手指与工件形成支撑结构推动焊枪前移的操作方式。

7.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，所述小折把焊为焊枪瓷嘴贴合坡口两侧，仅沿坡口宽度做有限宽度的摆动并同步向前移动焊枪的操作方式。

8.根据权利要求1所述的避免镍基合金手工钨极氩弧焊未熔合缺陷的工艺方法，其特征在于，电流控制时选用150~200a电流区间上限数值进行焊接。