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电弧辅助活性TIG焊接法研究

林涛  
【摘要】: 近年来,对高效节能的新型焊接方法的研究一直是国际焊接领域的热门课题之一。最近的A-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钢材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。本文通过改变活性元素的引入方式,提出了一种适用于多种钢材的新型活性焊接法——电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(Arc assisted Activating TIGWelding)。该方法采用辅助电弧在焊道表面制造一层很薄的氧化层取代活性剂的涂敷,然后进行TIG焊,同样可使焊缝熔深显著增加。 本文选用SUS304奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9)作为母材,CO_2+Ar作为辅助电弧的活性混合保护气体,研究了主要工艺参数对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。 通过金相组织观察分析了氧化层对AA-TIG焊缝显微组织的影响,并通过力学性能等测试分析了AA-TIG焊缝的低温冲击韧性、抗腐蚀性能和硬度的变化。通过对焊缝进行化学成分分析,对比研究了传统TIG焊与AA-TIG焊缝化学成分的变化。试验结果表明,AA-TIG焊缝各项性能和化学成分与传统TIG焊很接近,可见,氧化层对焊缝组织和性能的影响很小。 同时,研究了O_2+Ar、CO_2+Ar、N_2+Ar以及空气等混合活性保护气体对AA-TIG焊缝熔深及其金相组织的影响,并初步研究了以O_2+Ar作为辅助电弧的活性保护气体的双弧AA-TIG焊接工艺的可行性。试验结果表明,当辅助电弧中含有O_2+Ar、CO_2+Ar或空气时,焊缝熔深都有增加,而辅助电弧中含有N_2+Ar是,熔深几乎没有变化,分析表明,氧元素对焊缝熔深增加起主要作用。双弧AA-TIG焊缝熔深能显著增加,熔深比达2.4左右,熔宽收缩明显,该方法对实现AA-TIG焊的全自动化生产有重要意义。 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,研究了电弧收缩对熔深增加的影响,其次,通过XPS测试研究了氧化层中的氧化物对表面张力的影响机理,并通过估算氧化层中的含氧量,研究了氧含量与焊缝熔深的关系。结果表明,电弧收缩不是熔深增加的主要原因,氧作为活性元素可改变钢材熔池表面张力温度系数是焊缝熔深增加的主要机理。 AA-TIG焊接法具有广泛的适用性,不仅可以采用不同的混合气体作为活性焊接保护气体,比如CO_2+Ar、O_2+Ar、甚至空气,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、焊接质量良好等优点,是一种具有开发和应用价值的新型焊接技术。


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