CN100551600C - 一种电弧辅助活性钨极氩弧焊方法 - Google Patents
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Abstract
一种电弧辅助活性钨极氩弧焊方法，其特征在于首先采用小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面，并以活性气体氧气或者二氧化碳与氩气的混合气体作为保护气体，等熔池凝固后再按正常焊接规范进行钨极氩弧焊接；相对于A-TIG焊，该方法由于不使用表面活性剂，不需要增加活性剂涂敷工序，可实现全自动化生产，所以更加环保，更加高效，而且具有工艺稳定性好，焊接质量高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及活性焊接方法。
背景技术
活性焊接法是一种极具开发和应用价值的新型焊接技术，具有节能环保、高效高质和操作简便等突出特点，在世界范围内引起了人们高度重视。以往的活性焊接法是通过在待焊金属材料表面涂敷一层很薄的表面活性剂，从而引起焊接电弧收缩或者焊接熔池内液态金属流态改变，使得焊缝熔深显著增加，达到传统焊接方法的2倍以上，焊接效率提高，并节省电能。活性焊接法最早应用于钨极氩弧焊(TIG焊)，已经形成了A-TIG焊(Activating flux TIG Welding)的概念与工艺。但在实际应用中，针对不同的母材金属需要研发特殊的活性剂材料，且生产过程中增加了一道活性剂涂敷工序，通常采用手工刷涂的办法进行活性剂涂敷，影响了焊接工艺稳定性及焊接自动化。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的活性钨极氩弧焊方法。
本发明是一种电弧辅助活性钨极氩弧焊方法，即AA-TIG焊(Arc assistedActivating TIG Welding)。该方法首先采用小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面，并以活性气体氧气或者二氧化碳与氩气的混合气体作为保护气体，等熔池凝固后再按正常焊接规范进行钨极氩弧焊接。
在以往的不锈钢、碳钢等钢材的A-TIG焊接法研究中，发现氧等表面活性元素能够改变熔池表面张力温度系数，这是A-TIG焊时涂敷表面活性剂增加焊缝熔深的主要机理。在此研究发现的基础上，本发明通过改变活性元素的引入方式，提出了一种新型活性焊接法-AA-TIG焊，即电弧辅助活性钨极氩弧焊。相对于A-TIG焊，该方法由于不使用表面活性剂，不需要增加活性剂涂敷工序，可实现金自动化生产，所以更加环保，更加高效，而且具有工艺稳定性好，焊接质量高等优点。
小电流钨极电弧是指该电弧的电流小于100安培，并且低于AA-TIG焊中的正常规范钨极氩弧焊时的电流数值。通过采用活性气体氧气或者二氧化碳与氩气的混合气体作为小电流钨极弧的保护气体，预熔化待焊焊道表面，在焊道表面生成一薄层氧化层引入活性元素氧，从而代替表面活性剂。在随后的正常规范钨极氩弧焊接时，通过活性元素使焊接熔池表面张力温度系数由负变正，从而使熔池内部金属流动方向由向边缘流改变为向中心流，进而使焊缝熔深显著增加。
附图说明
图1、图2为采用不同活性混合气体时的单弧AA-TIG焊的焊缝横截面照片，其中图1采用的保护气体为氧气与氩气的混合气体，图2采用的保护气体为二氧化碳与氩气的混合气体，图3为采用与图1和图2相同焊接规范时的常规TIG焊的焊缝横截面照片；图4、图5、图6均为单弧AA-TIG焊时的焊缝形貌图，其中图4为焊缝正面形貌图，图5为焊缝背面形貌图，图6为焊缝横截面形貌图，图7为采用与图4、图5和图6相同焊接规范时的常规TIG焊的焊缝横截面形貌图；图8为双弧AA-TIG焊时的电弧形貌图，图9为双弧AA-TIG焊时的焊缝表面形貌图，其中焊接方向是由左至右；图10为双弧AA-TIG焊时的焊缝横截面形貌图，图11是与图8、图9和图10相同焊接规范时的常规TIG焊的焊缝横截面形貌图。
具体实施方式
以不锈钢304为例。焊接前先用丙酮擦拭工件表面以除去表面油污，然后用砂轮清理工件表面，直到露出金属光泽为止。焊接时，首先采用活性混合气体作为保护气体，以小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面。活性混合气体由氩气和活性气体氧气或者二氧化碳通过三通混合而成。然后采用TIG焊进行正常焊接。
实施例一：
不锈钢板材厚度为10mm，采用单弧焊接工艺进行AA-TIG焊，即焊接过程分为两道工序，第一道采用活性混合气体作为保护气体，以小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面，第二道工序进行TIG焊。保护气体分别为活性混合气体氧气+氩气和二氧化碳+氩气，其中氧气、二氧化碳和氩气的纯度为99.9％。小电流钨极电弧规范参数如表1所示，TIG焊的焊接规范如表2所示。
表1小电流钨极氩弧的规范参数
表2TIG焊的焊接规范参数
分别以氧气+氩气和二氧化碳+氩气两种活性混合气体作为保护气体，采用如表1所示规范参数的小电流钨极氩弧预熔化待焊焊道表面后，再采用表2所示焊接规范参数进行TIG焊焊接两个试件，所得焊缝熔深分别为5.4mm和5.3mm，熔宽分别为9.5mm和8.8mm，如图1和图2所示。而仅采用表2所示焊接规范参数进行常规TIG焊时，焊缝熔深仅为2.8mm，熔宽为11.8mm，如图3所示。分别采用氧气+氩气和二氧化碳+氩气作为活性混合保护气体进行AA-TIG焊时，熔深分别达到常规TIG焊熔深的1.93倍和1.89倍，熔宽分别达到常规TIG焊熔宽的0.81倍和0.75倍。从而可以看出，采用AA-TIG焊工艺可以显著增加熔深，减小熔宽。
实施例二：
采用单弧焊接工艺进行AA-TIG焊。以二氧化碳+氩气作为活性混合保护气体，其中二氧化碳和氩气的纯度为99.9％，采用表3所示规范参数的小电流钨极氩弧预熔化待焊焊道表面。然后采用表4所示规范参数进行TIG焊，可以一次性焊透10mm厚的不锈钢板材，实现单面焊双面成型，背部余高小于2mm，焊缝表面成形良好，如图4、图5和图6所示。而采用表4所示焊接规范参数进行常规TIG焊时的焊缝横截面形貌如图7所示。与常规TIG焊相比，AA-TIG焊焊缝的焊缝区显微组织几乎没有变化，组织为奥氏体+铁素体。AA-TIG焊焊缝的耐腐蚀性能和8mm厚试件的低温冲击韧性如表5所示。
表3小电流钨极氩弧的规范参数
表4TIG焊的焊接规范参数
实施例三：
以二氧化碳+氩气作为活性混合保护气体，其中二氧化碳和氩气的纯度为99.9％。采用双弧焊接工艺进行AA-TIG焊，即一前一后布置两把TIG焊枪，前一把焊枪进行小电流钨极氩弧预熔处理，后一把焊枪进行TIG焊。两把TIG焊枪之间的间距为25mm。小电流钨极氩弧的规范参数如表1所示，TIG焊的焊接规范除焊速与小电流钨极氩弧相同，都为125mm·min-1外，其余规范参数与表2相同。焊接时两把焊枪同时工作，焊接电弧形貌如图8所示。
在这样的焊接规范下进行双弧AA-TIG焊时，焊缝表面形貌如图9所示，焊缝横截面形貌如图10所示，熔深为5.3mm，熔宽为10.1mm。而在相同TIG焊焊接规范下，常规TIG焊的焊缝横截面形貌如图11所示，熔深为2.3mm，熔宽为10.9mm。双弧AA-TIG焊时的焊缝熔深和熔宽分别为常规TIG焊的2.30倍和0.93倍，焊缝成形良好，显微组织几乎没有变化，为奥氏体+铁素体组织。
Claims (3)
1、一种电弧辅助活性钨极氩弧焊方法，其特征在于首先采用小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面，并以活性气体氧气或者二氧化碳与氩气的混合气体作为保护气体，等熔池凝固后再按正常焊接规范进行钨极氩弧焊接。
2、根据权利要求1所述的电弧辅助活性钨极氩弧焊方法，其特征在于采用单弧焊接时，第一道工序采用活性混合气体作为保护气体，以小电流钨极电弧预熔化待焊焊道表面，第二道工序进行钨极氩弧焊接。
3、根据权利要求1所述的电弧辅助活性钨极氩弧焊方法，其特征在于采用双弧焊接时，一前一后布置两把钨极氩弧焊枪，前一把焊枪利用小电流钨极电弧并用活性混合气体作为保护气体预熔化待焊焊道表面，后一把焊枪进行钨极氩弧焊，焊接时两把焊枪同时施焊。
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