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耦合电弧AA-TIG焊接法研究

晏丽琴  
【摘要】:近年来,活性TIG焊技术取得了很大的发展,但此焊接工艺仍普遍存在涂覆工序’复杂、活性剂种类及配方开发时间过长以及活性剂的引入量不易精确控制等缺点。针对这些不足,通过改变活性剂的引入方式,提出了一种新型的活性TIG焊。 最近的活性TIG焊接法研究表明,对于碳钢、不锈钢等钢材而言,氧等活性元素可改变焊接熔池表面张力温度系数是活性剂增加焊缝熔深的主要机理。本文在电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(Arc assisted Activating TIG Welding)单把焊枪焊接的基础之上,采用了双把焊枪焊接的耦合电弧AA-TIG焊。整个焊接过程采用辅助电弧和主电弧同时焊接,两焊接电弧相互独立,工艺参数及作用各不相同。焊接时辅助电弧采用一定配比的Ar+CO2活性混合保护气体,通过焊接熔池与高温活性气氛接触在熔池表面产生一层很薄的氧化膜以取代活性剂的涂敷,同时进行主弧TIG焊。采用Ar+CO2活性混合气体保护下的电弧焊接引入活性元素氧,其焊接电流值较小,故命名为辅助电弧;由另一普通TIG焊接完成主要的焊接工作量,由于焊接电流值较高而命名为主电弧。耦合电弧是在保证较小间距下两焊接电弧相互作用而产生的一种新的电弧形式。实验中两把钨极氩弧焊枪按一定参数装配同时施焊,当钨极间距小于3mm时,两焊接电弧耦合良好,成为一个整体,焊接过程中在焊道表面也只形成一个熔池。此种焊接方法可以获得熔深显著增加的焊缝,是一种新型的适用于多种钢材的活性焊接法。 本文选用SUS304奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)作为母材,以CO2+Ar作为辅助电弧的活性混合保护气体,研究了焊接电流、焊接速度、钨极间距、活性CO2气体的含量等主要工艺参数对耦合电弧AA-TIG焊缝熔深熔宽的影响,并得到了熔深增加明显,表面成形良好的焊缝的最佳焊接工艺规范。在最佳焊接工艺参数下,1Omm厚的母材可不开坡口一次焊透。 工艺试验结果同时表明,CO2气体在辅助电弧混合保护气体中的含量对焊缝熔深的增加影响较大。在最佳焊接工艺参数下,耦合电弧AA-TIG焊缝熔深显著增加,焊缝深而窄。与普通TIG焊相比,熔深比增加1.9倍以上,同时焊缝熔深达到单弧AA-TIG焊缝熔深的1.6倍以上,焊接效率明显提高,焊缝成形好。 通过金相组织观察分析了活性CO2气体对AA-TIG焊缝显微组织的影响,并通过力学性能测试分析了耦合电弧AA-TIG焊缝的拉伸性能、耐腐蚀性能、硬度以及冲击韧性的变化。通过电子探针和扫描电子显微镜分析了耦合电弧AA-TIG焊缝化学成分的变化,并同时分析了焊缝拉伸断口形貌。试验结果表明,除焊缝冲击韧性有一定下降外,耦合电弧AA-TIG焊缝各项性能以及化学成分均与耦合电弧TIG焊差别不大。为此在保证焊缝熔深增加的前提下,要严格控制CO2气体的含量,以减小氧对焊缝的不利影响。 在熔深增加机理方面,首先通过对电弧形态和焊接电压的分析,研究了电弧特性对熔深增加的影响;其次,通过电子探针测试研究了氧和碳元素的含量及形态,分析了氧对表面张力的影响机理。结果再次验证了电弧收缩和电弧电压的增加不是熔深增加的主要原因,氧作为活性元素可改变不锈钢熔池表面张力温度系数是耦合电弧AA-TIG焊接熔深增加的主要机理。 耦合电弧AA-TIG焊接法应用范围广,不仅可以采用多种混合气体作为活性焊接保护气体,而且可以在多种钢材中应用,可实现全自动化生产,具有高效节能等特点,是一种具有潜在开发和应用价值的新型焊接技术。


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