CN109570709A

CN109570709A - 一种低飞溅的气保焊接方法

Info

Publication number: CN109570709A
Application number: CN201811501815.2A
Authority: CN
Inventors: 李晓泉; 林皓; 陈鑫; 陈一鑫; 初雅杰; 时振
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2019-04-05

Abstract

本发明公开了一种低飞溅的气保焊接方法。焊丝采用电缆式复合焊丝；所述电缆式复合焊丝包括一中心焊丝，所述中心焊丝的外周设置有多根外围焊丝，所述外围焊丝以螺旋状紧密缠绕于中心焊丝的外层。本发明的焊接方法可采用大直径粗丝进行气体保护焊接，φ2.4mm的电缆式复合焊丝在280A至600A之间均能稳定熔化过渡熔滴金属。

Description

一种低飞溅的气保焊接方法

技术领域

本发明涉及一种低飞溅的气保焊接方法，属于气体保护焊接领域。

背景技术

气体保护焊采用二氧化碳、氩气或其他混合气体对焊接区域进行有效保护，焊接过程中没有熔渣与液态金属间的相互冶金作用而仅发生气相和液态金属的冶金作用。该方法具有明弧、焊接过程易于监控、不易产生夹渣、熔敷金属含氢量低等其它焊接方法不可比拟的优势。目前对于稀贵有色金属如钛合金、铝合金、锆合金、镁合金等而言，熔化极氩弧焊或非熔化极氩弧焊是解决其焊接的最主要方法。由于使用明弧进行焊接，气相与液态金属直接发生冶金作用，焊丝直径仅能控制在1.2mm以下。对于直径更粗大的焊丝则需增大焊接电流以保证进给焊丝的稳定熔化。但随着焊接电流的增大，明弧焊接工况下电弧外围保护气体的层流状态将发生紊乱导致保护失效。另一方面，随着焊接电流的增大，电弧的产热相应增大，气相与液态金属的作用过于强烈从而引起大颗粒的飞溅。这对焊缝性能及成形十分不利。因此实际应用中的气体保护焊通常采用0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mmm直径的焊丝进行焊接。其中以1.2mm直径最常用，电流一般控制在160-250A。几乎没有能突破2.0mm以上直径焊丝进行气体保护焊接的先例。

细丝气体保护焊接虽然成本低廉、焊接质量高，但也存在一个问题，即焊接效率较低。在中厚板焊接及大面积堆焊方面其低效率的矛盾显现十分突出。例如液化天然气LNG储罐内壁表面大面积堆焊镍基合金采用传统TIG焊，其工作量十分繁重。专利（CN204295144U）公开了一种降低飞溅率的活性绞线焊丝，可用于气体保护焊接。该焊丝由绞合为一体的多股实心焊丝和挤压填充于该绞合焊丝间隙中的活性剂构成。根据焊丝直径的大小可用于气体保护焊、埋弧焊等焊接方法。分析该焊丝虽能用于气体保护焊，但焊接过程中存在活性剂易脱落、焊缝夹渣几率较传统明弧气保焊更大。同时更主要的问题是该焊丝通过导电嘴时，焊丝与导电嘴内壁接触呈点接触，接触电阻大、也难以保证稳定的电流传导。这将影响焊接过程电弧的稳定性。专利（CN103753053B）公开了一种飞溅数量少且飞溅颗粒尺寸小的无渣自保护堆焊药芯焊丝。该专利采用将合金粉末填充于钢带芯内部，虽然在药芯中通过添加稳弧剂以柔化焊接电弧对减小飞溅具有一定的作用。分析该焊丝主要适用于埋弧焊，仅有细丝方可适用于气体保护焊接方法，与传统细丝气体保护焊在控制飞溅方面有一定的独到优势。为提高气体保护焊接的效率，最主要的是设法如何提高焊丝的电流承载能力，同时又能解决大电流工况下保护气体层流状态不致发生紊乱的难题。另一方面，还需解决如何有效地控制电流增加后电弧热引起的气相与液态金属间更为强烈的冶金作用而引起的大颗粒飞溅技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种低飞溅的气保焊接方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种低飞溅的气保焊接方法，焊丝采用电缆式复合焊丝；所述电缆式复合焊丝包括一中心焊丝，所述中心焊丝的外周设置有多根外围焊丝，所述外围焊丝以螺旋状紧密缠绕于中心焊丝的外层。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，焊接过程中采用导电嘴，所述导电嘴包括导电嘴本体，所述导电嘴本体具有导丝孔，所述导电嘴本体外侧设置有外套，所述导电嘴本体和外套之间设置有滚动轴承。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，焊接电源采用额定电流大于650A的直流焊接电源，保护气体选用Ar和CO2的混合气体。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述混合气体为82%的Ar和18%的CO2。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述焊接电流为280-500A。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述焊丝直径为2.4mm。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述外围焊丝和中心焊丝均为实心。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述外围焊丝数量为6根。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，所述焊接速度为20cm/min-40cm/min。

所述的一种低飞溅的气保焊接方法，焊接时，电弧电压为29-38V。

本发明所达到的有益效果：

1）可采用大直径粗丝进行气体保护焊接，φ2.4mm的电缆式复合焊丝在280A至600A之间均能稳定熔化过渡熔滴金属。普通φ2.4mm单丝电流过小无法起弧，或者焊接过程中由于焊丝熔化速度慢导致断弧，同时伴有许多的大颗粒飞溅。电流过大时，熔滴过渡方式由于各种电磁力的加强而变得不稳定，焊缝成形差，并伴有大量的飞溅。

2）所需焊接起弧电流小，300A的焊接电流即可使φ2.4mm焊丝实现起弧。当焊接电流在280A至350A之间，φ2.4mm电缆式复合焊丝熔滴过渡方式为亚射流过渡，这种熔滴过渡方式较为稳定，焊缝成形和质量也较好。

3）焊接过程稳定、飞溅低，φ2.4mm电缆式复合焊丝采用82%Ar+18%CO2的混合气体进行气体保护焊接，焊接电流在280A至600A时均不产生大颗粒飞溅，焊接过程电弧稳定。

附图说明

图1是复合焊丝的结构示意图。

图2是导电嘴的结构示意图。

图3是φ2.4mm电缆式复合焊丝在340A，32V时飞溅及成形照片。

图4是φ2.4mm传统实心焊丝在340A，32V时飞溅及成形照片。

图中：1、中心焊丝，2、外围焊丝，3、导电嘴本体，4、导丝孔，5、外套，6、滚动轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明的大直径焊丝低飞溅气保焊接方法。具体对焊过程描述如下：采用的是规格为φ2.4mm，牌号为ER50-6的MIG焊电缆式复合焊丝。焊前对母材进行除锈除油操作，选择保护气体为82%Ar+18%CO₂。选择焊接电流为280A，电弧电压为29V，堆焊速度为20cm/min。采用焊接自动小车行走焊接，无需摆动。焊接完成一道后控制层间温度为150℃，持续控制层间温度直至焊接完成。焊后24小时进行UT探伤。焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。焊接飞溅及成形情况如图3所示，工件表面没有大的焊接飞溅，且成形良好。

所述电缆式复合焊丝直径为2.4mm，由七根直径为0.8mm的实心焊丝组成多股电缆式粗焊丝，多股焊丝中有一股焊丝为中心焊丝1，其余六根焊丝以螺旋状紧密缠绕于中心焊丝1的外层，称之为外围焊丝2。六根外围丝螺旋缠绕一根中心焊丝1，即组成了一根直径达2.4mm的电缆式复合焊丝。

焊接过程中采用导电嘴，所述导电嘴包括铜合金的导电嘴本体3，所述导电嘴本体3具有导丝孔4，所述导电嘴本体3外侧设置有外套5，所述导电嘴本体3和外套5之间设置有滚动轴承6。焊接时该导电嘴与电缆式复合焊丝中六根外围焊丝2能够保持很好的表面贴合，焊接过程中随着焊丝的进给由滚动轴承6产生旋转运动，导电嘴与电缆式复合焊丝中六根外围焊丝2始终保持动态滑动接触，以维持电弧的稳定性，可有效地防止接触不良瞬时断弧而影响焊接过程的稳定性。焊接过程中电流通过导电嘴均匀分摊至电缆式复合焊丝的六根外围焊丝2中，形成多电弧耦合。单根焊丝所承载的电流仅为总电流的六分之一，同时流经单丝的电流密度可控制在较低的范围。由此可以实现多丝大电流的气体保护焊。

实施例2

本发明的大直径焊丝低飞溅气保焊接方法。具体对焊过程描述如下：采用的是规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的MIG电缆式复合焊丝。焊前对母材进行除锈除油操作，选择保护气体为82%Ar+18%CO₂。选择焊接电流为340A，电弧电压为32V，堆焊速度为25cm/min。采用焊接自动小车行走焊接，无需摆动。焊接完成一道后控制层间温度为150℃，持续控制层间温度直至焊接完成。焊后24小时进行UT探伤。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。焊接飞溅及成形情况如图3所示，工件表面没有大的焊接飞溅，且成形良好。

实施例3

本发明的大直径焊丝低飞溅气保焊接方法。具体对焊过程描述如下：采用的是规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的MIG电缆式复合焊丝。焊前对母材进行除锈除油操作，选择保护气体为82%Ar+18%CO₂。选择焊接电流为400A，电弧电压为34V，堆焊速度为30cm/min。采用焊接自动小车行走焊接，无需摆动。焊接完成一道后控制层间温度为150℃，持续控制层间温度直至焊接完成。焊后24小时进行UT探伤。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

实施例4

本发明的大直径焊丝低飞溅气保焊接方法。具体对焊过程描述如下：采用的是规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的MIG电缆式复合焊丝。焊前对母材进行除锈除油操作，选择保护气体为82%Ar+18%CO₂。选择焊接电流为500A，电弧电压为36V，堆焊速度为40cm/min。采用焊接自动小车行走焊接，无需摆动。焊接完成一道后控制层间温度为150℃，持续控制层间温度直至焊接完成。焊后24小时进行UT探伤。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

实施例5

本发明的大直径焊丝低飞溅气保焊接方法。具体对焊过程描述如下：采用的是规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的MIG电缆式复合焊丝。焊前对母材进行除锈除油操作，选择保护气体为82%Ar+18%CO₂。选择焊接电流为600A，电弧电压为38V，堆焊速度为50cm/min。采用焊接自动小车行走焊接，无需摆动。焊接完成一道后控制层间温度为150℃，持续控制层间温度直至焊接完成。焊后24小时进行UT探伤。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

对比例1

焊接工艺参数和焊接步骤和实施例1相同，焊丝的选用和实施例1不同。对比例1采用规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的传统实心单焊丝。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

对比例2

焊接工艺参数和焊接步骤和实施例2相同，焊丝的选用和实施例2不同。对比例2采用规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的传统实心单焊丝。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。焊接飞溅及成形情况如图4所示，可见工件上有较多较大飞溅颗粒，且成形不良。

对比例3

焊接工艺参数和焊接步骤和实施例3相同，焊丝的选用和实施例3不同。对比例3采用规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的传统实心单焊丝。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

对比例4

焊接工艺参数和焊接和实施例4相同，焊丝的选用和实施例4不同。对比例4采用规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的传统实心单焊丝。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

对比例5

焊接工艺参数和焊接步骤和实施例5相同，焊丝的选用和实施例5不同。对比例5采用规格为φ2.4 mm，牌号为ER50-6的传统实心单焊丝。其焊后测量的焊丝减少量、焊件增重量如表1所示。

表1 实施例1-5及其相应对比例1-5中各项数据对比

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，焊丝采用电缆式复合焊丝；所述电缆式复合焊丝包括一中心焊丝，所述中心焊丝的外周设置有多根外围焊丝，所述外围焊丝以螺旋状紧密缠绕于中心焊丝的外层。

2.根据权利要求1所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，焊接过程中采用导电嘴，所述导电嘴包括导电嘴本体，所述导电嘴本体具有导丝孔，所述导电嘴本体外侧设置有外套，所述导电嘴本体和外套之间设置有滚动轴承。

3.根据权利要求1所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，焊接电源采用额定小于650A的直流焊接电源，保护气体选用Ar和CO₂的混合气体。

4.根据权利要求3所述的一种低飞溅的焊接方法，其特征是，所述混合气体为82%的Ar和18%的CO₂。

5.根据权利要求3所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，所述焊接电流为280-500A。

6.根据权利要求1所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，所述焊丝直径为2.4mm。

7.根据权利要求1或6所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，所述外围焊丝和中心焊丝均为实心。

8.根据权利要求1或6所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，所述外围焊丝数量为6根。

9.根据权利要求1所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，所述焊接速度为20cm/min-40cm/min。

10.根据权利要求1所述的一种低飞溅的气保焊接方法，其特征是，焊接时，电弧电压为29-38V。