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不锈钢分离电弧AA-TIG焊氧元素过渡行为研究

康再祥  
【摘要】:活性焊接方法自问世以来,以其能大幅增加焊缝熔深,提高焊接生产效率等优点受到人们广泛重视,对于活性焊的研究主要集中在活性剂的开发与应用、新型高效活性焊接方法的研究以及活性焊增加熔深机理研究等方面。目前对活性焊增加熔深机理的研究结果表明:焊接材料不同时,活性剂所起的作用也不尽相同,对于铁系合金及不锈钢而言,由于加入活性剂时熔池金属的表面张力温度系数由负变正,使熔池中形成以内对流为主的流动形式,从而使熔深显著增加,而对于铝、镁等轻金属及其合金,电弧收缩是其熔深增加的主要原因。 AA-TIG焊(Arc assisted Activating TIG Welding)是在A-TIG焊的基础上提出的,该方法通过焊前采用辅助电弧预熔形成一道表面氧化层,该氧化层可起到A-TIG焊中活性剂的作用使熔深增加。相比于A-TIG焊而言,AA-TIG焊不但省去了活性剂的开发,而且可以实现机器人自动化,使焊接效率明显提高。本文选用SUS304奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)作为母材,辅助电弧采用Ar+O2作为活性保护气体,研究了辅助电弧工艺参数对预熔氧化层的厚度和AA-TIG焊缝形貌的影响,获得了焊接工艺参数对预熔氧化层厚度以及焊缝深宽比的影响规律,并对预熔氧化层的成分以及熔池中的氧元素进行了分析,建立了氧元素从保护气氛到预熔氧化层以及氧元素从预熔氧化层到熔池的过渡模型。 焊接工艺试验结果表明,辅助电弧中氧气流量、辅助电弧电流以及速度对焊缝深宽比影响较大,随着辅助电弧中氧气流量的增加、辅助电弧线能量的增加,焊缝深宽比先增加后减小。通过对预熔氧化层进行EPMA、XRD分析,结果表明预熔氧化层中主要含有硅、锰、铬元素的氧化物,FeO主要存在于预熔层金属中。 在AA-TIG焊熔深增加机理方面,通过对比试验来验证预熔氧化层在增加熔深方面的作用,研究了预熔表面氧化层对主电弧电压以及焊缝熔深的影响,结果表明预熔表面氧化层对于AA-TIG焊熔深增加的作用并不明显,而存在于预熔金属中的FeO是影响AA-TIG焊增加熔深的主要因素。 对AA-TIG焊缝中的氧含量进行了测试,结果表明焊缝中的含氧量在较低的水平, AA-TIG焊接法不会使焊缝大量增氧。该方法适用范围广,焊接效率高,可实现自动化焊接,能获得优质可靠的焊缝等优点,是一种具有潜在开发和应用价值的新型高效焊接方法。


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