T∕CWAN 0059-2021 大厚度钛合金窄间隙激光填丝焊接推荐工艺规范

ICS25.160.10CCSJ33团体标准T/CWAN0059—2021大厚度钛合金窄间隙激光填丝焊接推荐工艺规范Recommendedprocessspecificationfornarrow-gaplaserweldingwithfillerwireoflargethicknesstitaniumalloy2021-12-02发布2022-01-01实施中国焊接协会发布T/CWAN0059—2021目次前言................................................................................................................................................................Ⅱ1范围..................................................................................................................................................................12规范性引用文件..............................................................................................................................................13术语及定义......................................................................................................................................................14符号..................................................................................................................................................................25一般要求..........................................................................................................................................................36工艺要求..........................................................................................................................................................67焊接检验..........................................................................................................................................................7附录A（资料性）焊接工艺规程.....................................................................................................................10T/CWAN0059—2021II前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件的附录A为资料性附录。本文件由中国焊接协会提出并归口。本文件起草单位：哈尔滨焊接研究院有限公司、中国船舶工业集团公司第十一研究所、诺力智能装备股份有限公司、中国船舶重工集团公司第七二五研究所、南昌航空大学、四川航天长征装备制造有限公司、重庆科技学院、中船黄埔文冲船舶有限公司、广州黄船海洋工程有限公司、郑州机械研究所有限公司、华北水利水电大学。本文件主要起草人：黄瑞生、徐锴、邹吉鹏、任闻杰、刘自刚、聂希、吴艳明、陈玉华、曹浩、武鹏博、尹立孟、徐楷昕、王善林、闫德俊、梁晓梅、邵丹丹、秦建、蒋宝、王星星、李武凯、滕彬、谢吉林、聂鑫、张体明、杨悦、韩鹏薄、方乃文。T/CWAN0059—20211大厚度钛合金窄间隙激光填丝焊接推荐工艺规范1范围本文件规定了钛合金材料窄间隙焊接工艺技术的一般要求、设计要求、质量要求、试件制备、焊接工艺、检验试验方法等。本文件适用于板厚≥20mm的钛合金窄间隙激光填丝焊。2规范性引用文件下列文件中的有关条款通过引用而成为本标准的条款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性。凡不注日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T2650焊接接头冲击试验方法GB/T2651焊接接头拉伸试验方法GB/T2654焊接接头硬度试验方法GB/T9445无损检测人员资格鉴定与认证GB/T26955金属材料焊缝破坏性试验焊缝宏观和微观检验GB/T29710电子束及激光焊接工艺评定试验方法GB/T30562钛及钛合金焊丝GB/T31910潜水器用钛合金板材GB/T35361潜水器钛合金对接焊缝超声波检测及质量分级GB/T37901高温钛合金激光焊接技术要求GB/T39255焊接与切割用保护气体GJB2505A航空用钛及钛合金板材和带材规范T/CWAN0002—2018焊接车间烟尘卫生标准T/CWAN0008—2018焊接术语-焊接基础T/CWAN0010—2018焊接术语-焊接检验3术语及定义3.1光丝间距barewirespacing激光光斑中心与焊件上表面交点为A，焊丝端头与焊件上表面相交于点B，A与B两点之间的距离DL为光丝间距，见图1。图1激光填丝焊接光丝间距示意图3.2摆动激光焊接oscillatinglaserwelding激光束通过可编程聚焦镜组实现以一定运动方式、运动速度、运动幅度的振荡激光焊接技术。T/CWAN0059—202123.3窄间隙焊narrow-gapwelding厚板对接接头，焊前不加工坡口或只加工小角度坡口，并留有窄而深的间隙。一般通过单道多层或多道多层焊完成整条焊缝的高效率焊接方法。3.4激光能量密度laserenergydensity焊接区域的激光输入功率与激光束作用在此区域面积的比值。3.5激光入射角度laserincidenceangle激光束与焊件平面法线的夹角α为激光入射角度，见图2。图2激光入射角度示意图3.6激光填丝焊laserweldingwithfillerwire利用激光束作为热源将送进的焊丝及母材熔化形成焊缝的焊接方法。3.7坡口宽度groovewidth窄间隙坡口的上表面宽度，见图3，坡口宽度b应大于该平面光斑的直径D，即b＞D，摆动激光焊接时，b＞D+2a，其中a为激光束运动半径。图3窄间隙坡口宽度示意图4符号表1给出本文件所用到的符号及相应的含义说明。表1符号及说明符号说明单位L试板长度mmt1试板钝边厚度mmT/CWAN0059—20213t2母材厚度mmb坡口宽度mmλ坡口角度°Cj激光束运动方式-a激光束运动半径mmVf激光束运动速度HzP激光功率kWVh焊接速度m/minDf离焦量mmQ保护气体流量L/minW焊缝宽度mmH焊缝余高mmDL光丝间距mmVs送丝速度m/min5一般要求5.1人员5.1.1焊接操作人员应经过系统的理论学习和培训，具备足够的焊接专业知识和技能，并取得相应的资格证书。5.1.2焊接检验人员应经过相关检验知识理论学历和培训，并取得相应的资格证书。5.1.3无损检测人员应取得GB/T9445中规定的2级以上资格证书，或依据其他相关标准进行培训、考核，并取得相应的资格证书。5.1.4现场操作人员应佩戴对应波长范围的安全护目镜，现场人员所在位置应注意避开激光束的反射。5.2设备5.2.1激光器、激光枪头、送丝设备、相关仪器仪表等应经过检定合格方可使用，并按照相关要求定期进行检修及检定。5.2.2设备在安装、搬迁、大修或停止使用一年以上时，应进行检定并进行工艺参数确认，合格后方可使用。5.2.3激光焊接设备连入的电源网路电压波动范围不应超过额定值的±10%，否则应配备稳压器。5.2.4激光器使用一段时间或者更换激光发生物质后，应检查激光功率输出情况，并进行工艺参数确认。5.2.5设备应具有侧吹保护装置，以免激光焊接中产生的高压金属蒸气粒子污染激光枪头保护镜片。5.2.6设备应安装惰性气体保护装置。推荐使用长方形拖罩气体保护装置，可以增加气体保护范围。5.3材料5.3.1钛合金板及焊丝应具有生产厂家提供的质量保证书，如有必要应按照相关标准进行复验。5.3.2钛合金板应符合GB/T31910和GJB2505A等标准相关规定。5.3.2.1为了减少气孔及裂纹等缺陷的产生，钛合金板应在焊接前12h以内进行砂纸打磨、酸洗以去除表面氧化膜和油污。5.3.2.2推荐使用体积配比为5%HF+30%HNO3+H2O溶液进行酸洗，酸洗10min~30min后用清水冲洗并吹干。5.3.3钛合金焊丝应符合GB/T30562相关规定。5.3.3.1钛合金焊丝应存放在干燥、通风良好的库房中，不允许露天存放或放在有有害气体和腐蚀性介质的室内，室内温度应控制在10℃~15℃，相对湿度≤60%。室内应保持整洁。堆放时不宜直接放在地面上，宜放在离地面和墙壁≥300mm的架子或垫板上，以保持空气流通，防止受潮。5.3.3.2钛合金焊丝应在开包后48h内用完。开包后的焊丝要防止其表面被冷凝结露，或被锈、油脂及其他碳氢化合物所污染，保持焊丝表面干净、干燥。5.3.3.3对于已开包72h以上不用的钛合金焊丝，要从送丝装置中取出进行密封储存。5.3.4保护气体应符合GB/T39255相关规定。5.3.4.1焊接厚度较大的钛合金板时，建议使用较大流量惰性保护气体确保熔池区域完全被保护。T/CWAN0059—202145.3.4.2焊接较为重要的钛合金构件时，建议使用纯度为99.999%氩气或氦气进行保护，也可以使用两种气体的混合气，两种混合气体比例由供需双方协商确定。5.4环境5.4.1激光填丝焊接环境应保持洁净和通风良好，为防止激光器结露，工作环境的温度、湿度应控制在对应型号激光器结露点以上。5.4.2操作区照度不小于300lx，噪声不大于80dB，焊接烟尘的最高允许浓度不大于4mg/m3。5.5坡口制备采用对接接头进行焊接试验，可采用单面焊接或双面焊接，坡口宽度应大于该平面激光束光斑的直径，推荐采用的坡口形式见表2。表2推荐采用坡口形式单位mm序号坡口形式坡口种类规格尺寸坡口角度坡口间隙钝边1V形坡口λ≤4°3≤b≤1002I形坡口0b≤303Y形坡口λ≤4°3≤b≤10t1≥1.54双Y形坡口λ≤4°3≤b≤10t1≥1.5T/CWAN0059—202155U形坡口λ≤4°3≤b≤1006双U形坡口λ≤4°3≤b≤10t1≥1.57J形坡口λ≤4°3≤b≤1008双J形坡口λ≤4°3≤b≤10t1≥1.59单边V形坡口λ≤4°3≤b≤10010双V形坡口λ≤4°3≤b≤100T/CWAN0059—2021611K形坡口λ≤4°3≤b≤10012带钝边K形坡口λ≤4°3≤b≤10t1≥1.56工艺要求6.1试板加工6.1.1钛合金试板待焊坡口内应平整、光洁、无毛刺、裂纹、氧化皮、油污及锈斑等，表面粗糙度Ra≤3.2μm。6.1.2钛合金试板