CN109514049A - 无填充金属的tig焊接方法 - Google Patents

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戈建鸣
张立贵
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Abstract

本发明涉及一种应用在轨道交通产品上的无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置焊接衬垫，在焊接衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度≥5℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙≤0.2mm，TIG焊的焊接电流为60‑70A，焊接速度为0.8‑1.2mm/s，Ar流量为7‑10L/min。本发明的无填充金属的TIG焊接方法，通过改变其他焊接参数和选取合适的焊接设备来提高焊接质量，解决金属薄板焊接后产品变形大、焊缝成型不良、产品容易烧穿、咬边等问题，提高了生产效率和产品质量，降低生产成本。

Description

无填充金属的TIG焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，特别涉及一种应用在轨道交通产品上的无填充金属的TIG焊接方法。
背景技术
TIG焊(Tungsten Inert Gas Welding)，又称为非熔化极惰性气体钨极保护焊。无论是在人工焊接还是自动焊接0.5～4.0mm厚的不锈钢时，TIG焊都是最常用到的焊接方式。用TIG焊加填丝的方式常用于压力容器的打底焊接，原因是TIG 焊接的气密性较好能降低压力容器焊接时焊缝的气孔。TIG焊的热源为直流电弧，工作电压为10～95V，但电流可达600A。焊机的正确连结方式是工件连结电源的正极，焊炬中的钨极作为负极。惰性气体一般为氩气。
TIG焊(即氩弧焊)是一种非熔化极惰性气体保护焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化，只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气作保护。还可根据需要另外添加金属。
TIG焊的最大优点是它比其他的电弧焊方法能焊更多种类的金属和合金。 TIG焊能焊接大多数的钢(包括不锈钢)、镍合金如蒙乃尔合金和因科镍合金、钛、铝、镁、铜、黄铜、青铜甚至金。TIG焊也能焊接不同的金属如铜和黄铜、不锈钢和低碳钢。
TIG焊的优点如下：
(1)电弧集中：集中的TIG焊电弧对工件的热输入可以很小，从而产生窄的热影响区。当焊接高热导性的金属如铝和铜时，热量集中是一大优点。窄的热影响区也是一大优点，因为热影响区是母材由于受到电弧的过热和快速冷却作用而发生变化的区域。热影响区是焊接接头上最薄弱的并沿着焊缝边缘的区域，它是在进行破坏性试验时预期断裂的区域。
(2)无焊渣：这种方法不需要焊剂，因此没有熔渣阻碍焊工对熔池的观察。在多层焊时不需清渣，因此在多层焊中很少有夹渣。使用如因科镍合金时，偶尔也会产生夹渣的现象。
(3)无火花、飞溅、噪音：在TIG焊中无过渡金属穿过电弧。如果被焊的材料没有被污染，就不会产生飞溅，也不会产生火花。在正常的条件下，TIG 焊电弧是很安静的，没有焊条电弧焊和熔化极气体保护焊中的爆裂声和嗡嗡声。通常，只有在使用脉冲电弧或交流焊时，才会产生噪声。
(4)无烟雾和烟尘：这种方法本身不会产生烟雾和有害的烟尘。如果母材含有涂层或含有产生烟尘的铅、锌、镍或铜元素时，那么与用任何熔焊焊接这些金属一样也会产生烟尘。如果母材含有油污、油脂、油漆或其他污染物，当电弧热使它们燃烧时，无疑都将产生烟雾和烟尘。母材应清理干净，从而改善焊接条件。
随着全球轨道交通的迅速发展，列车的轻量化设计是现在的大趋势。为了追求轻量化的设计，对应产品的板厚变得越来越薄。如果还采用原来添加填充金属的焊接方法，无法保证产品的要求，因此开展针对于黑色金属无填充金属的焊接方法研究。
现有技术使用无填充金属TIG焊对碳钢(Q195)进行焊接，该技术的缺点：
(1)该无填充金属的焊接方法，由于没有使用填充金属，在焊接时容易出现咬边焊接缺欠；
(2)此方法对产品的装配要求高，要保证装配间隙尽量小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有无填充TIG焊没有使用填充金属，在焊接时容易出现咬边焊接缺欠。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置焊接衬垫，在焊接衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度≥5℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙≤0.2mm，TIG焊的焊接电流为60-70A，焊接速度为0.8-1.2 mm/s，Ar流量为7-10L/min。为了保证焊接质量、控制咬边焊接缺欠，使用专用工装在装配时控制装配间隙≤0.2mm。为了控制焊接变形，在焊接过程中使用铜板衬垫(材质T2铜，即紫铜)。
优选地，焊接衬垫的材料采用为紫铜。
优选地，保护气体为ISO14175-I1(99.99％Ar)。
优选地，电流种类为直流负极性DCEN。
优选地，钨极直径2.4mm。
本发明的有益效果是：
本发明的无填充金属的TIG焊接方法，通过改变其他焊接参数和选取合适的焊接设备来提高焊接质量。母材为Q195(符合GB/T700碳素结构钢材料标准)，保护气采用ISO14175-I1组保护气体。焊接设备选择选择电弧集中度较高的 SanRex IA-300TPHS数字逆变交直流脉冲TIG焊机。
本发明的无填充金属TIG焊，是采用铈钨极作为电极，以惰性气体氩气(≥99.99％Ar)作为保护气体的一种焊接方法。钨棒电极只起导电作用不熔化，通电后在钨极和工件之间产生电弧，在焊接过程中不添加任何填充金属，完全靠母材的自熔进行焊接。该方法具有焊缝表面成型美观、电弧稳定、飞溅小、热输入少、变形小的特点，适合不锈钢、碳钢薄板(板厚≤2mm)的焊接。
本发明的无填充金属的TIG焊接方法，通过试验选取合理的焊接参数、焊接设备、钨极大小等解决黑色金属薄板焊接后产品变形大、焊缝成型不良、产品容易烧穿、咬边等问题，提高了生产效率和产品质量，降低生产成本。
本发明用无填充金属TIG焊对薄板黑色金属进行试验，通过试验结果论证了该焊接方法可以取得良好的焊接效果，并且在轨道交通产品项目实中实施，收到良好的经济效益。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置紫铜衬垫，在紫铜衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度(预热温度)5℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙0.05mm，TIG焊的焊接电流为60A，焊接速度为 0.8mm/s，保护气体ISO14175-I1(99.99％Ar)的流量为7L/min，电流种类为直流负极性DCEN。
实施例二
一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置紫铜衬垫，在紫铜衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度10℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙0.1mm，TIG焊的焊接电流为63A，焊接速度为0.85mm/s，保护气体ISO14175-I1(99.99％Ar)的流量为8L/min，电流种类为直流负极性DCEN。
实施例三
一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置紫铜衬垫，在紫铜衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度15℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙0.15mm，TIG焊的焊接电流为65A，焊接速度为1.05mm/s，保护气体ISO14175-I1(99.99％Ar)的流量为9L/min，电流种类为直流负极性 DCEN。
实施例四
一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，在两个工件下方放置紫铜衬垫，在紫铜衬垫上对应于两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前两个工件表面温度20℃，焊接时两个工件的待焊焊缝间隙0.2mm，TIG焊的焊接电流为70A，焊接速度为1.2mm/s，保护气体ISO14175-I1(99.99％Ar)的流量为10L/min，电流种类为直流负极性DCEN。
上述各实施例中，均采用对接接头进行工艺研究，母材(工件)采用Q195，选择电弧集中度较高的SanRex IA-300TPHS数字逆变交直流脉冲TIG焊机。
VT、PT试验结果：
宏观金相检查：焊缝熔合良好，宏观金相符合要求。
力学性能检测：拉伸试验断裂位置均在母材。
对试件(焊接后的两个工件)的拉伸试验结果：
序号 抗拉强度(MPa) 断裂位置
实施例一 338 母材
实施例二 339 母材
实施例三 340 母材
实施例四 338 母材
试件拉伸试验断裂均在母材上，抗拉强度大于母材标准要求的最小值 (315MPa)，试件强度符合标准要求。
以上的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无填充金属的TIG焊接方法，用于焊接两个工件之间的焊缝，其特征在于：在所述两个工件下方放置焊接衬垫，在焊接衬垫上对应于所述两个工作之间的待焊焊缝的预估熔池区下方预留悬空槽，保证焊接前所述两个工件表面温度≥5℃，焊接时所述两个工件的待焊焊缝间隙≤0.2mm，TIG焊的焊接电流为60-70A，焊接速度为0.8-1.2mm/s，Ar流量为7-10L/min。
2.根据权利要求1所述的无填充金属的TIG焊接方法，其特征在于：所述焊接衬垫的材料采用紫铜。
3.根据权利要求1所述的无填充金属的TIG焊接方法，其特征在于：所述保护气体为Ar。
4.根据权利要求1所述的无填充金属的TIG焊接方法，其特征在于：所述电流种类为直流负极性DCEN。
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