一种真空自耗电弧熔炼用辅助电极的焊接方法

技术领域

本发明涉及辅助电极焊接技术领域，尤其涉及一种真空自耗电弧熔炼用辅助电极的焊接方法。

背景技术

真空自耗电弧熔炼金属铸锭前，需要将辅助电极与铸锭进行焊接。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辅助电极和铸锭放入真空自耗电弧炉内，人工调整辅助电极与铸锭轴线对中，铸锭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。根据铸锭的直径，整个焊接过程总耗时1.0～2h。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，影响铸锭质量。为了避免焊缝大量被氧化、氮化的部位对铸锭质量造成不良影响，高品质铸锭要求留片，即剩余5～80kg金属不可熔炼，造成原料的极大浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空自耗电弧熔炼用辅助电极的焊接方法，能够解决目前炉内焊接辅助电极时间长、焊瘤及飞溅物对铸锭质量会造成不良影响以及熔炼结束时铸锭留片造成的材料浪费等问题。

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弧熔炼用辅助电极的焊接方法，包括以下步骤：将辅助电极与待熔炼的铸锭在氩气保护下进行摩擦对焊。

优选的，所述摩擦对焊为：将辅助电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将铸锭夹持于摩擦焊机的送进端；在摩擦焊机上加装氩气保护套，使辅助电极和铸锭的待焊接端面位于保护罩内，并通氩气，进行摩擦对焊。

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

优选的，所述摩擦对焊前，还包括将所述辅助电极和铸锭待对焊的两个面独立地车平或车成球冠状。

优选的，所述辅助电极和待熔炼的铸锭的材质相同。

优选的，所述辅助电极或铸锭的材质为钛、钛合金、锆、锆合金、镍或镍合金。

优选的，所述辅助电极的直径小于铸锭的直径，所述铸锭的直径为80～960mm；所述辅助电极的直径为40～400mm。

优选的，所述摩擦对焊完成后，还包括继续通氩气3～5min，之后关闭氩气，然后对焊接件进行水冷。

本发明提供了一种真空自耗电弧熔炼用辅助电极的焊接方法，包括以下步骤：将辅助电极与待熔炼的铸锭在氩气保护下进行摩擦对焊；所述辅助电极和待熔炼的铸锭的材质相同。

本发明采用摩擦对焊的方法焊接辅助电极，该方法简单、易行、高效，辅助电极焊接成功率为100％，保证了辅助电极的焊接强度，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，而是形成规则的飞边，飞边朝向直径较小的辅助电极一侧；且焊接时有氩气保护，焊缝不会氧化。因此，熔炼结束时铸锭不用留片，可大大节约材料。目前炉内焊接辅助电极需要1.0～2h(见专利背景技术部分)，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20min，而摩擦焊接过程实际只有10～20秒。

附图说明

图1为实施例1辅助电极及铸锭焊接后的外观图。

具体实施方式

本发明提供了一种真空自耗电弧熔炼用辅助电极的焊接方法，包括以下步骤：将辅助电极与待熔炼的铸锭在氩气保护下进行摩擦对焊。

在本发明中，所述辅助电极和待熔炼的铸锭的材质优选相同。本发明控制辅助电极和待熔炼的铸锭的材质相同，可以避免在熔炼时影响铸锭成分。如熔炼时条件控制不好，会将辅助电极熔化，造成铸锭成分变化。

在本发明中，所述辅助电极或铸锭的材质优选为钛、钛合金、锆、锆合金、镍或镍合金。在本发明的实施例中，所述锆为R60702纯锆；所述镍为N02200纯镍；所述钛合金优选为TC4、TC10或TA18钛合金。

在本发明中，所述辅助电极的直径优选小于铸锭的直径，所述铸锭的直径优选为80～960mm，更优选为100～900mm，进一步优选为200～800mm；所述辅助电极的直径优选为40～400mm，更优选为100～300mm，进一步优选为150～250mm。本发明将辅助电极和铸锭的直径控制在上述范围，既能够保证焊接强度，此外，辅助电极的直径小于铸锭的直径还可减少辅助电极用料，减轻设备承重。

进行摩擦对焊前，本发明优选将所述辅助电极和铸锭待对焊的两个面独立地车平或车成球冠状。当车成球冠状时，球冠高度优选为12mm。

在本发明中，所述摩擦对焊的过程优选为：将辅助电极夹持于摩擦焊机的旋转端，将铸锭夹持于摩擦焊机的送进端；在摩擦焊机上加装氩气保护套，使辅助电极和铸锭的待焊接端面位于保护罩内，并通氩气，进行摩擦对焊。

在本发明中，所述摩擦对焊的主轴转速优选为600～800rpm，更优选为650～750rpm；摩擦压力优选为10～50MPa，更优选为20～40MPa，进一步优选为25～35MPa；摩擦加压时间优选为5～10s，更优选为7～9s；摩擦变形量优选为2.0～4.0mm，更优选为2.5～3.5mm；顶锻压力优选为30～60MPa，更优选为35～55MPa，进一步优选为40～50MPa；顶锻加压时间优选为3～6s，更优选为4～5s；总变形量优选为5.0～8.0mm，更优选为6.0～7.0mm。

本发明将摩擦对焊的参数控制在上述范围，有利于提高焊接强度。

完成摩擦对焊后，本发明优选继续通氩气3～5min，之后关闭氩气，然后对焊接件进行水冷。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。

下面结合实施例对本发明提供的真空自耗电弧熔炼用辅助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。

实施例1

准备Φ40mm的R60702纯锆辅助电极和Φ80mm的R60702纯锆一次铸锭，将辅助电极及铸锭待对焊的两个面车平。将R60702纯锆辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将R60702纯锆一次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。设定焊接参数，主轴转速：800rpm，摩擦压力：10MPa，摩擦加压时间：5s；摩擦变形量：2.0mm；顶锻压力：30MPa；顶锻加压时间：3s；总变形量：4.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气3min，之后，关闭氩气，水冷。

图1为实施例1辅助电极及铸锭焊接后的外观图。由图1可知，摩擦对焊后焊缝外观良好，无大面积焊瘤。

实施例2

准备Φ150mm的N02200纯镍辅助电极和Φ320mm的N02200纯镍一次铸锭，将辅助电极及铸锭待对焊的两个面车平。将N02200纯镍辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将N02200纯镍一次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。设定焊接参数，主轴转速：800rpm，摩擦压力：18MPa，摩擦加压时间：8s；摩擦变形量：2.0mm；顶锻压力：40MPa；顶锻加压时间：3s；总变形量：4.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气3min，之后，关闭氩气，水冷。

实施例3

准备Φ220mm的Ti6246钛合金辅助电极和Φ560mm Ti6246钛合金二次铸锭，将辅助电极的待焊接端面车成球冠状，球冠高度为12mm，将铸锭待焊接的端面车平。将Ti6246钛合金辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将Ti6246钛合金二次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。设定焊接参数，主轴转速：700rpm，摩擦压力：30MPa，摩擦加压时间：8s；摩擦变形量：2.0mm；顶锻压力：46MPa；顶锻加压时间：4s；总变形量：4.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气4min，之后，关闭氩气，水冷。

实施例4

准备Φ280mm的TC10钛合金辅助电极和Φ640mm TC10钛合金二次铸锭，将辅助电极的待焊接端面车成球冠状，球冠高度为12mm，将铸锭待焊接的端面车平。将TC10钛合金辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将TC10钛合金二次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。设定焊接参数，主轴转速：650rpm，摩擦压力：40MPa，摩擦加压时间：9s；摩擦变形量：3.0mm；顶锻压力：50MPa；顶锻加压时间：5s；总变形量：5.0mm。打开氩气阀门，启动摩擦焊机，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气4min，之后，关闭氩气，水冷。

实施例5

准备Φ300mm的TA18钛合金辅助电极和Φ720mm TA18钛合金二次铸锭，将辅助电极的待焊接端面车成球冠状，球冠高度为12mm，将铸锭待焊接的端面车平。将TA18钛合金辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将TA18钛合金二次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。设定焊接参数，主轴转速：700rpm，摩擦压力：45MPa，摩擦加压时间：8s；摩擦变形量：5.0mm；顶锻压力：50MPa；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，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气5min，之后，关闭氩气，水冷。

实施例6

准备Φ400mm的TC4钛合金辅助电极和Φ960mm TC4钛合金二次铸锭，将辅助电极的待焊接端面车成球冠状，球冠高度为12mm，将铸锭待焊接的端面车平。将TC4钛合金辅助电极夹持于摩擦焊接的旋转端，将TC4钛合金二次铸锭夹持于摩擦焊机的送进端。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，将辅助电极与一次铸锭进行摩擦对焊。摩焊完成后，继续通氩气5min，之后，关闭氩气，水冷。

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。