运用正交试验优化Gr2钛管(T0.5mm)焊接工艺参数

摘 要：应用正交试验分析焊接电流、焊接电压和电极尺寸对Gr2钛管（T0.5mm）焊接质量的影响，优化焊接工艺参数，提高了焊接成品率。优化结果：焊接电流190-210A ，焊接电压11V，电极直径0.8mm。

关键词：正交试验；方差分析；Gr2（T0.5mm）钛焊接管；参数优化

引言

Gr2钛焊接管（T0.5mm）以其优异的耐海水腐蚀性能、较好的换热性能以及适宜的塑性和强度，逐步取代不锈钢焊接管使用于以海水为交换介质的管式热交换器、冷凝器中，再加上焊接管制造工艺的高生产效率、无长度限制等优点，使其在滨海核电站及海水淡化领域的应用越来越广泛[1]。

由于T0.5mm Gr2钛焊接管的壁厚较薄，焊接难度高，易造成焊接缺陷，而影响焊接质量的三个主要因素焊接电流、焊接电压，电极尺寸之间相互作用，相互影响，现有焊接工艺参数规定范围过宽，可依据性差。因此，为保证稳定、可靠地制造出满足ASTM B 338要求的产品，迫切需要优化焊接工艺参数。

1 实验材料与方法

1.1材料：

ASTM B Grade2 T0.5mm钛带 （EB熔炼、热轧、冷轧加工），制造商TIMET。

1.2设备：

AIR LIQUIDE TIG400i电焊机（氩气保护）、科新WDW3100 10T电子万能材料试验机、Krautkramer Branson USD15超声波探伤仪、CMS Zet@Premiun涡流探伤仪。

1.3方法[2]：

选用L18（61×36）正交表，以焊接电流、焊接电压和电极尺寸为试验因素，制定因素位级（表1）。

表1 因素位级表

为使试验结果以数字化的形式表现出来，制定试验结果判定标准[3]（表2）。

表2 试验结果判定表

2 结果与分析

2.1 试验结果及计算

按计划方案进行18次试验，按表2给出的判定标准打分，对试验数据进行统计计算，结果见表3。

2.2数据分析

1）直接比较：直接比较18次试验的综合评分可以看出，第8号试验和第11号试验的效果最好，综合评分最高，找出好条件为A3B2C2。

2）通过计算：通过计算找到的好条件为A4B2C2。

3）从极值R可以看出对焊接质量影响程度依次为：A（焊接电流）、C（电极尺寸）、B（焊接电压）。

2.3 方差分析[4]

由于整个试验只考虑了因素位级（或交互作用）对指标的影响，而忽视了试验误差，同时，对影响试验的各因素的显著性不能给出精确的定量估计，为解决此问题，运用正交试验设计的方差分析，计算数据见表4。

表4 方差分析表

2.4 验证

为慎重起见，验证所确定工艺参数的正确性，焊接电流分别取190A、200A、210A，焊接电压取11V，电极尺寸取0.8m，各进行1000米焊接工艺试验，通过各种试验、检验，三组产品焊接质量无明显差别。

经统计，优化工艺试验产品合格率较优化前提高了6.63%，对比情况见图1。

图1 焊接工艺优化前后产品合格率对比图

3 研究结论

本文的主要结论为：

（1）焊接电流对焊接质量有显著影响，是关键因素。

（2）Gr2钛管（T0.5mm）焊接工艺参数为：焊接电流190-210A ，焊接电压11V，电极直径0.8mm；

参考文献

[1]《稀有金属材料加工手册》编写组. 稀有金属材料加工手册[M].北京：冶金工业出版社，1984，P49-54.

[2]中国质量管理协会培训教育部. 质量管理统计方法[M].北京：企业管理出版社，1986，P224-254.

[3]ASTM Technical Committee. ASTM B 338. Standard Specification for Seamless and Welded Titanium and Titanium Alloy Tubes for Condensers and Heat Exchangers[S]. United States：ASTM International，2010.

[4]贾俊平，何晓群，金勇进. 统计学[M].北京：中国人民大学出版社，2004，P257-266.

作者简介：刘轶群（1970-），男，硕士研究生，工程师。