CN102626813A - 耦合电弧aa-tig焊的焊接方法 - Google Patents

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樊丁
黄勇
王新鑫
杨磊
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Abstract

耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，通入主钨极的焊接电流大于通入辅助钨极的焊接电流，通过辅助钨极的保护气体引入活性元素O，主钨极采用惰性保护气体，同时在一把焊枪内的主辅两钨极之间形成耦合电弧，即在进行焊接时，焊枪内的两根钨极沿焊接方向布置，辅助钨极在前，主钨极在后，形成耦合电弧。

Description

耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法
技术领域
本发明涉及活性焊接及高速焊接方法。 
背景技术
钨极氩弧焊是一种非熔化极惰性气保护焊，由于其在焊接过程中加热区始终靠氩气气氛来防止大气中有害物质的污染，这样就保证了焊接过程的稳定性而获得高质量的焊缝。但该方法仍存在明显的局限性，如所焊接的单道焊缝熔深较浅，熔敷率低；在进行厚板焊接时，一般需要采用大功率的焊接电源或采用一些辅助工艺，如焊前预热、多层多道焊、双面同时施焊等。因此，长期以来，研究和开发既能充分利用TIG焊的优点，又能大幅提高焊接效率的新型TIG焊方法和技术，一直是世界范围内焊接技术研究人员追求和研究的目标之一。 
针对上述问题，研究者们提出了A-TIG焊接法，通过在施焊板材的表面涂敷一层很薄的活性剂而使得熔深显著增加。利用这种方法可使焊接熔深达到传统TIG焊的2-3倍。但由于A-TIG焊所用活性剂的研制周期长，还需针对不同的材料研制成分不同的活性剂，以及活性剂的涂敷效率较低，难以应用于自动化等缺点，限制了它的应用范围。 
为此，兰州理工大学提出了电弧辅助活性TIG焊接法，简称AA-TIG(Arcassisted Activating TIG)。这种方法在焊接过程中通过辅助电弧引入活性元素O，再进行传统TIG焊接，同样可以显著增加熔深。在使用单弧焊接时，辅助电弧预熔焊道表面，再用TIG焊接规范施焊；在使用双弧焊接时，沿焊接方向布置焊枪，两把焊枪距离25mm～30mm，前置焊枪采用小电流，并通以二氧化碳或者氧气与氩气的混合气体，后置焊枪采用TIG焊接规范，两把焊枪同时施焊；当调节两把焊枪的夹角和钨极间距在一定范围时，产生耦合电弧，即双枪耦合电弧AA-TIG焊接法。 
但是，由于以上方法在焊接时需要采用两道工序或者需要两把焊枪，焊接生产效率低，难以应用于焊接自动化生产，而双枪耦合电弧AA-TIG焊接法由于两焊枪夹角和间距等参数的调节困难等问题，也限制了这种方法的应用范围。 
发明内容
本发明的目的是提供一种耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法。 
本发明是耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，通入主钨极的焊接电流大于通入辅助钨极的焊接电流，通过辅助钨极的保护气体引入活性元素O，主钨极采用惰性保护气体，同时在一把焊枪内的主辅两钨极之间形成耦合电弧，即在进行焊接时，焊枪内的两根钨极沿焊接方向布置，辅助钨极在前，主钨极在后，形成耦合电弧。 
本发明的有益之处在于改变了活性元素的引入方式，通过在辅助电弧中加入二氧化碳或者氧气与氩气形成活性混和气体，改变熔池金属表面张力及其温度系数，使得熔池内金属流态更有利于电弧热量向熔池底部传输，增加熔深。而在活性元素和耦合电弧的共同作用下，能够抑止咬边或者驼峰焊道的形成。 
焊枪内的两根钨极沿焊接方向布置，辅助钨极在前，主钨极在后，形成耦合电弧，不需要专门研制的表面活性剂，不需要增加任何活性剂涂敷工序，在抑止咬边或者驼峰焊道，实现高速焊接的同时，显著增加焊接熔深，实现焊接过程的全自动化，具有高效、节能、环保和低成本的特点。 
附图说明
图1为耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法的示意图，图2为焊接速度500mm/min时耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面成形，图3为焊接速度500mm/min时耦合电弧AA-TIG焊缝截面成形，图4为焊接速度500mm/min时耦合电弧TIG焊焊缝表面成形，图5为焊接速度500mm/min时耦合电弧TIG焊焊缝截面成形，图6为焊接速度800mm/min时传统TIG焊焊缝表面和截面成形，图7为焊接速度800mm/min时耦合电弧TIG焊焊缝表面和截面成形，图8为焊接速度800mm/min时耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面和截面成形，图9为焊接速度1800mm/min时传统TIG焊焊缝表面和截面成形，图10为焊接速度1800 mm/min时耦合电弧TIG焊焊缝表面和截面成形，图11为焊接速度1800mm/min时耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面和截面成形。 
具体实施方式
本发明是耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，通入主钨极的焊接电流大于通入辅助钨极的焊接电流，通过辅助钨极的保护气体引入活性元素O，主钨极采用惰性保护气体，同时在一把焊枪内的主辅两钨极之间形成耦合电弧。如图1所示，在进行焊接时，焊枪内的两根钨极沿焊接方向布置，辅助钨极在前，主钨极在后，形成耦合电弧。 
在一把焊枪内，辅助钨极的惰性保护气体中加入活性气体二氧化碳，或氧气，引入活性元素O，主钨极采用惰性气体保护。 
辅助钨极与主钨极的间距为1～10mm。 
以奥氏体不锈钢SUS304为例，焊前用丙酮去除表面油污，然后用砂轮清理工件表面，直到露出金属光泽为止。如图1所示，耦合电弧AA-TIG焊时，在焊接方向上，辅助电弧在前，通入氧气或二氧化碳与氩气的混合气体作为保护气体。主电弧在后，通入氩气作为保护气体。采用偏心钨极，单个钨极角度为30度，并且垂直于焊接板材。耦合电弧TIG焊时，除了辅助电弧保护气体为氩气外，其余与耦合电弧AA-TIG焊相同。 
实施例一 
不锈钢板材为8mm厚，焊接速度500mm/min。耦合电弧AA-TIG焊接的辅助电弧参数见表1，主电弧参数见表2。 
表1辅助电弧规范参数 
Figure BSA00000608384600031
表2主弧焊接规范参数 
Figure BSA00000608384600032
在表1和表2焊接参数下，耦合电弧AA-TIG焊的焊缝表面如图2所示，焊缝表面成形良好，无任何咬边出现。焊缝截面成形如图3所示，焊缝熔深达到了3.5mm。未加入活性气体的耦合电弧TIG焊的焊缝表面成形如图4所示，焊缝表面出现了严重的驼峰。焊缝截面成形如图5所示，焊缝熔深只有1.9mm。这说明耦合电弧AA-TIG焊中加入活性气体后，不仅可以增加焊缝熔深，而且可以改善焊缝成形。 
实施例二 
不锈钢板材为5mm厚，焊接速度800mm/min。试验对比了传统TIG焊，耦合电弧TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面与截面成形。其中传统TIG焊参数见表3，耦合电弧AA-TIG焊辅助电弧焊接参数见表4，主电弧焊接参数见表5。图6为传统TIG焊焊缝表面和截面成形，焊缝表面出现驼峰焊道。而图7和图8中耦合电弧TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面成形良好。采用耦合电弧TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊能明显改善焊缝表面成形。 
表3传统TIG焊接规范参数 
Figure BSA00000608384600041
表4辅助电弧规范参数 
Figure BSA00000608384600042
表5主弧焊接规范参数 
Figure BSA00000608384600043
实施例三 
不锈钢板材为5mm厚，焊接速度1800mm/min。试验对比了传统TIG焊，耦合电弧TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面与截面成形，其中传统TIG焊接规范参数见表6。耦合电弧AA-TIG焊中辅助电弧规范参数见表7，主弧焊接规范参数见表8。图9所示为传统TIG焊的焊缝表面和截面形貌，焊缝表面出现明显的驼峰焊道。图10为耦合电弧TIG焊焊缝表面和截面成形，焊缝表面出现轻微咬边，焊缝熔深也只有0.4mm。图11为耦合电弧AA-TIG焊焊缝表面和截面形貌，表面无咬边，焊缝熔深达到0.6毫米。相比可见，采用耦合电弧AA-TIG焊，明显具有更好的焊缝表面成形和较大的焊缝熔深。 
表6传统TIG焊接规范参数 
表7辅助电弧规范参数 
Figure BSA00000608384600052
表8主弧焊接规范参数 
Figure BSA00000608384600053

Claims (3)

1.耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，其特征在于通入主钨极的焊接电流大于通入辅助钨极的焊接电流，通过辅助钨极的保护气体引入活性元素O，主钨极采用惰性保护气体，同时在一把焊枪内的主辅两钨极之间形成耦合电弧，即在进行焊接时，焊枪内的两根钨极沿焊接方向布置，辅助钨极在前，主钨极在后，形成耦合电弧。
2.根据权利要求1所述的耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，其特征在于在一把焊枪内，辅助钨极的惰性保护气体中加入活性气体二氧化碳，或氧气，引入活性元素O，主钨极采用惰性气体保护。
3.根据权利要求1所述的耦合电弧AA-TIG焊的焊接方法，其特征在于辅助钨极与主钨极的间距为1～10mm。
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