一种真空自耗电极的焊接方法

技术领域

本发明涉及电极焊接技术领域，尤其涉及一种真空自耗电极的焊接方法。

背景技术

真空自耗电弧熔炼金属铸锭时，需要经过多次熔炼，多次熔炼需要多支电极焊接起来，得到更大吨位的电极。现有的焊接方法是采用炉内真空焊接，但是这种焊接方法需将待焊接的电极放入真空自耗电弧炉内，人工调整电极与电极之间轴线对中，电极与坩埚壁的间隙保持一致；调整好位置后，抽真空，由经验丰富的操作手准备对焊。整个焊接过程，由操作人员根据炉内熔池和弧光的变化情况，根据个人经验不断地调节电流、电压、稳弧参数进行焊接。焊接完成后，冷却，炉室放气，出炉，整个焊接过程总耗时1.5～3h。出炉后，清除可容易被清除的焊瘤和飞溅物，并检查焊接质量，符合要求则投入使用。

现有技术存在以下缺陷：焊接时对操作工人的操作水平要求高，不同的操作工人焊接质量差异大。炉内焊接浪费的时间很长，耽误生产。焊接后流向四周的金属液体产生了大面积难以清理的焊瘤和飞溅物。由于是熔融焊接，焊接部位会发生一定的氧化、氮化，氧化、氮化的焊瘤及飞溅物很难铲除，在熔炼过程有掉入熔池的风险，造成低密度夹杂，影响电极质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空自耗电极的焊接方法，能够解决目前炉内焊接电极时间长、焊瘤及飞溅物对电极质量会造成不良影响的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种真空自耗电极的焊接方法，包括以下步骤：将多支待焊接真空自耗电极在氩气保护下进行摩擦对焊；所述待焊接真空自耗电极直接连接或通过短棒连接。

优选的，当所述待焊接真空自耗电极直接连接时，所述摩擦对焊的方法包括：

将一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将另一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使两支待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，并通氩气，进行第一摩擦对焊；重复所述第一摩擦对焊的过程，直至所有待焊接真空自耗电极连接完毕。

优选的，所述摩擦对焊前，还包括将待焊接真空自耗电极的冒口端车平，将待焊接真空自耗电极的锭底端车成球冠状；所述摩擦对焊时，使一支待焊接真空自耗电极的冒口端与另一支待焊接真空自耗电极的锭底端相对进行摩擦对焊。

优选的，当所述待焊接真空自耗电极通过短棒连接时，所述摩擦对焊的方法包括：

将短棒夹持于摩擦焊机的旋转端，将一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使所述短棒和待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，进行第一次摩擦对焊，得到第一电极；将所述第一电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将另一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使得短棒的另一端和另一支待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，进行第二次摩擦对焊，实现两支真空自耗电极的连接，得到第二电极；

将所述第二电极重复所述第一次摩擦对焊的过程和第二次摩擦对焊的过程，直至所有带焊接真空自耗电极连接完毕。

优选的，摩擦对焊前，还包括将短棒的两端车平，将待焊接真空自耗电极的冒口端车平，将待焊接真空自耗电极的锭底端车成球冠状；通过短棒实现一支待焊接真空自耗电极的冒口端与另一支待焊接真空自耗电极的锭底端相连。

优选的，所述摩擦对焊的条件包括：所述摩擦对焊的条件包括：主轴转速独立为600～800rpm；摩擦压力独立为10～50MPa；摩擦加压时间独立为5～10s；摩擦变形量独立为2.0～4.0mm；顶锻压力独立为30～60MPa；顶锻加压时间独立为3～6s；总变形量独立为5.0～8.0mm。

优选的，所述短棒和待焊接真空自耗电极为同种材质；所述待焊接真空自耗电极的材质为钛、钛合金、锆或锆合金。

优选的，所述待焊接真空自耗电极的直径为80～960mm；所述短棒的直径为待焊接真空自耗电极直径的比值为(0.4～0.5)：1；所述短棒的长度为120～200mm。

优选的，当所述待焊接真空自耗电极的直径≥500mm时，所述待焊接真空自耗电极之间通过短棒连接。

优选的，每次摩擦对焊完成后，还包括继续通氩气3～5min，之后关闭氩气，然后水冷。

本发明提供了一种真空自耗电极的焊接方法，包括以下步骤：将多支待焊接真空自耗电极在氩气保护下进行摩擦对焊；所述待焊接真空自耗电极直接连接或通过短棒连接。

本发明采用摩擦对焊的方法焊接真空自耗电极，该方法简单、易行、高效，避免了目前炉内焊接对操作工人操作水平的依赖，避免了被氧化、氮化的焊瘤对铸锭质量的影响。另外，本发明的焊接是固相焊接，不会产生大面积的焊瘤，且焊接时有氩气保护，焊缝不会氧化。目前炉内焊接真空自耗电极需要1.5h以上，而本发明采用摩擦对焊的方法，整个过程(包括装料和卸料)只需要约10～30min。

附图说明

图1为实施例1摩擦对焊的示意图；

图2为实施例2摩擦对焊的示意图；

图3为实施例3摩擦对焊的示意图；

图4为实施例4摩擦对焊的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种真空自耗电极的焊接方法，包括以下步骤：将多支待焊接真空自耗电极在氩气保护下进行摩擦对焊；所述待焊接真空自耗电极直接连接或通过短棒连接。

本发明对所述待焊接真空自耗电极的数量没有特殊要求，可根据实际情况进行选择。

在本发明中，所述短棒和待焊接真空自耗电极优选为同种材质；所述待焊接真空自耗电极的材质优选为钛、钛合金、锆或锆合金。本发明对所述钛、钛合金、锆或锆合金的具体组成没有特殊要求，本领域熟知的钛、钛合金、锆或锆合金均可。在本发明中，所述钛合金具体可以为但不局限于TC10钛合金、Ti6246钛合金、TC4钛合金、TA15钛合金；所述锆具体可以为但不局限于R60702纯锆。

在本发明中，所述真空自耗电极的直径优选为80～960mm，更优选为100～900mm，进一步优选为200～800mm。在本发明中，当所述真空自耗电极的直径＜500mm时，所述待焊接真空自耗电极优选直接连接。

下面对直接连接时的方案进行说明。

在本发明中，当所述待焊接真空自耗电极直接连接时，所述摩擦对焊的方法优选包括：将一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将另一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使两支待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，并通氩气，进行第一摩擦对焊；重复所述第一摩擦对焊的过程，直至所有待焊接真空自耗电极连接完毕。

进行摩擦对焊前，本发明优选将待焊接真空自耗电极的冒口端车平，将待焊接真空自耗电极的锭底端车成球冠状。在本发明中，球冠高度优选为10～15mm。车成球冠状后，本发明优选将真空自耗电极的边部疏松部分去除。本发明优选使一支待焊接真空自耗电极的冒口端与另一支待焊接真空自耗电极的锭底端相对进行摩擦对焊。

在本发明中，每次摩擦对焊的条件优选包括：主轴转速独立为：600～800rpm；摩擦压力独立为：10～50MPa；摩擦加压时间独立为：5～10s；摩擦变形量独立为：2.0～4.0mm；顶锻压力独立为：30～60MPa；顶锻加压时间独立为：3～6s；总变形量独立为：5.0～8.0mm。作为进一步优选的方案，所述主轴转速更优选独立为650～750rpm，最优选独立为680～720rpm；所述摩擦压力更优选独立为20～40MPa，进一步优选独立为25～35MPa；所述摩擦加压时间更优选独立为6～9s，进一步优选独立为7～8s；所述摩擦变形量更优选独立为2.5～3.5mm，进一步优选独立为2.8～3.2mm；所述顶锻压力更优选独立为35～55MPa，进一步优选独立为40～50MPa；所述顶锻加压时间更优选独立为4～5s；所述总变形量更优选独立为5.5～7.5mm，进一步优选独立为6～7mm。

在本发明中，每次摩擦对焊完成后，本发明优选继续通氩气3～5min，之后关闭氩气，然后水冷。由于摩擦对焊完成后焊缝部分温度很高，此时焊缝部位容易被氧化，本发明继续通氩气可防止焊缝被氧化。

在本发明中，当所述待焊接真空自耗电极的直径≥500mm时，所述待焊接真空自耗电极之间优选通过短棒连接。本发明通过短棒连接可以减少焊接面积，降低摩擦力和顶锻力。

下面对短棒连接的方案进行说明。

在本发明中，当所述待焊接真空自耗电极通过短棒连接时，所述摩擦对焊的方法优选包括：

将短棒夹持于摩擦焊机的旋转端，将一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使所述短棒和待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，进行第一次摩擦对焊，得到第一电极；将所述第一电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将另一支待焊接真空自耗电极夹持于摩擦焊机的送进端，使得短棒的另一端和另一支待焊接真空自耗电极的待焊接端面位于摩擦焊机的氩气保护罩内，进行第二次摩擦对焊，实现两支真空自耗电极的连接，得到第二电极；

将所述第二电极重复所述第一次摩擦对焊的过程和第二次摩擦对焊的过程，直至所有带焊接真空自耗电极连接完毕。

在本发明中，所述短棒的直径与待焊接真空自耗电极直径的比值优选为(0.4～0.5)：1，更优选为(0.42～0.48)：1；所述短棒的长度优选为120～200mm，更优选为150～190mm，进一步优选为160～180mm。本发明将所述短棒的尺寸控制在上述范围，在保证焊接强度的基础上，还可以减小焊接时的摩擦力和顶锻力。长度上，既能保证可以夹持住，同时还能防止真空自耗电极失稳。

在本发明中，进行摩擦对焊前，本发明优选将短棒的两端车平，将待焊接真空自耗电极的冒口端车平，将待焊接真空自耗电极的锭底端车成球冠状；通过短棒实现一支待焊接真空自耗电极的冒口端与另一支待焊接真空自耗电极的锭底端相连。

在本发明中，所述第一次摩擦对焊和第二次摩擦对焊的条件同上述待焊接真空自耗电极直接连接时的摩擦对焊条件，这里不再赘述。

在本发明中，每次摩擦对焊完成后，本发明优选继续通氩气3～5min，之后关闭氩气，然后水冷。

下面结合实施例对本发明提供的真空自耗电极的焊接方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中，所谓二次电极是指准备进行二次熔炼的电极；三次电极是指准备进行三次熔炼的电极。

实施例1

准备两支Φ80mm的TC10钛合金二次电极，将1#TC10电极的冒口端车平，锭底车成球冠状，球冠高12mm；将2#电极的冒口端和锭底端车平。将1#TC10钛合金电极夹持于摩擦焊接的旋转端，2#电极夹持于摩擦焊机的送进端，使1#电极的锭底端与2#电极的冒口端相对。设定焊接参数，主轴转速：800rpm，摩擦压力：20MPa，摩擦加压时间：6s；摩擦变形量：3.0mm；顶锻压力：60MPa；顶锻加压时间：4s；总变形量：6.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将两支电极进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气4min，之后，关闭氩气，水冷，得到一支由两支电极对焊在一起的TC10钛合金长电极。如图1所示。

实施例2

准备三支Φ320mm的TA15钛合金三次电极，将1#和2#电极的冒口端车平，锭底端车成球冠状，球冠高度为10mm；将3#电极的冒口端及锭底端都车平。将1#TA15钛合金电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将2#TA15钛合金电极夹持于摩擦焊机的送进端，使1#电极的锭底端与2#电极的冒口端相对。设定焊接参数，主轴转速：650rpm，摩擦压力：45MPa，摩擦加压时间：9s；摩擦变形量：3.0mm；顶锻压力：60MPa；顶锻加压时间：6s；总变形量：6.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，使1#电极的锭底端与2#电极的冒口端进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气3min，之后，关闭氩气，水冷。再重复以上步骤，将3#电极夹持于旋转端，1#和2#电极的焊接体夹持于送进端，使3#电极的冒口端与2#电极的锭底端进行摩擦对焊，得到一支由三支电极对焊在一起的TA15钛合金长电极。如图2所示。

实施例3

准备两支Φ560mm的Ti6246钛合金二次电极，将1#电极冒口端车平，锭底端车成球冠状，球冠高度为12mm；将2#Ti6246钛合金电极的冒口端和锭底端均车平。准备一支Φ280mm，长120mm的Ti6246钛合金短棒，两端车平。将Ti6246钛合金短棒夹持于摩擦焊接的旋转端，将1#Ti6246钛合金电极夹持于摩擦焊机的送进端，使短棒的一端与1#电极的锭底相对。设定焊接参数，主轴转速：750rpm，摩擦压力：40MPa，摩擦加压时间：8s；摩擦变形量：3.0mm；顶锻压力：50MPa；顶锻加压时间：5s；总变形量：7.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将Ti6246钛合金短棒与1#电极的锭底进行摩擦对焊。对焊完成后，继续通氩气4min，之后，关闭氩气，水冷。之后，再重复以上步骤，将1#电极与短棒的焊接体夹持于旋转端，2#电极夹持于送进端，将2#电极的冒口与Ti6246钛合金短棒的另一端进行对焊，最终得到通过Ti6246钛合金短棒连接对焊在一起的Ti6246钛合金电极。如图3所示。

实施例4

准备三支Φ640mm的R60702纯锆三次电极，将1#和2#电极的冒口端车平，锭底端车成球冠状，球冠高度为15mm；将3#R60702纯锆电极的冒口端和锭底端均车平。准备两支Φ300mm，长150mm的R60702纯锆短棒，两端车平。1#R60702纯锆短棒夹持于摩擦焊接的旋转端，将1#R60702纯锆电极夹持于摩擦焊机的送进端，使1#短棒的一端与1#电极的锭底相对。设定焊接参数，主轴转速：700rpm，摩擦压力：42MPa，摩擦加压时间：8s；摩擦变形量：4.0mm；顶锻压力：53MPa；顶锻加压时间：5s；总变形量：7.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将第一支R60702纯锆短棒的一端与1#R60702纯锆电极的锭底端进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气4min，之后，关闭氩气，水冷。再重复以上步骤，将2#R60702纯锆电极的冒口端与1#R60702纯锆短棒的另一端进行焊接；再重复以上步骤，将2#电极的锭底端与2#短棒的一端进行对焊；再重复以上步骤，将3#电极的冒口底与2#短棒的另一端进行对焊，最终得到通过R60702纯锆短棒连接对焊在一起的R60702纯锆电极。如图4所示。

实施例5

准备两支Φ960mm的TC4钛合金二次电极，将1#电极的冒口端车平，锭底端车成球冠状，球冠高度为15mm；将2#TC4钛合金电极的冒口端和锭底端均车平。准备一支Φ384mm，长200mm的TC4钛合金短棒，两端车平。将TC4钛合金短棒夹持于摩擦焊接的旋转端，将1#TC4钛合金电极夹持于摩擦焊机的送进端，使短棒的一端与TC4钛合金电极的锭底端相对。设定焊接参数，主轴转速：600rpm，摩擦压力：50MPa，摩擦加压时间：10s；摩擦变形量：4.0mm；顶锻压力：60MPa；顶锻加压时间：6s；总变形量：6.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将TC4钛合金短棒与1#电极的锭底端进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气5min，之后，关闭氩气，水冷。之后，重复以上步骤，将2#电极的冒口端与TC4钛合金短棒的另一端进行焊接，最终得到通过TC4钛合金短棒连接对焊在一起的TC4钛合金电极。

以上实施例摩擦对焊后焊缝外观良好，无大面积焊瘤出现。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。