CN205571753U - 用于tig焊接的填充金属 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于，提供一种用于TIG焊接的填充金属，其与一般的焊丝填充金属相比热流投入面积广，每单位长度热量输入增加，从而可实现稳定的焊接。为了达成如上所述的目的，本实用新型的特征在于，电极位于母材上端，在所述电极和母材之间形成电弧(Arc),在所述圆弧周边供给保护气体，用于TIG焊接的填充金属连续地供给至所述母材上端而为所述电弧所熔融，所述填充金属的截面为所述电极方向的面向所述电极方向凹陷弯曲的形态。

Description

用于TIG焊接的填充金属

技术领域

本实用新型涉及一种用于TIG焊接的填充金属，更详细地涉及一种具有高焊接生产性的用于TIG焊接(钨极惰性气体保护焊)的填充金属(filler metal)。

背景技术

一般在发电设备、海洋设备或石油化学设备的管道设备等，主要使用作为低级材料的碳素钢，在其内面用不锈钢或镍合金等具有高强度的耐热性、耐久性、耐腐蚀性等的异种金属实施一定厚度的堆焊而使用。所述堆焊一般称为育成(build-up)焊接，是在非常脆弱的环境中使用物理性质弱的金属时，通过焊接在金属表面形成涂层，从而提高耐腐蚀性、耐久性、耐磨性、硬度等的方法，可用较低的单价获得高的机械及化学性的特性，从而得到广泛的使用。

就如上所述的育成焊接而言，很多自动化装置得到开发而使用。例如，登记专利第909596号涉及一种管道内面自动育成焊接装置，其特征在于，包括：旋转夹具(chuck)部，管道插入而固定于所述旋转夹具部，并为所述旋转夹具部所旋转；一对导线(guide wire)，其对固定于所述旋转夹具部的管道进行贯通，并沿水平方向平行配置；引张部，其使所述导线伸张；焊接部，其为所述导线所支撑而可沿着管道内部移动，并在管道内面进行育成焊接；控制部，其进行控制，以便管道为所述旋转夹具部所旋转的同时所述焊接部向一侧移动，从而在管道内面焊珠形成螺旋的同时，进行连续性的育成焊接。

此外，登记专利第383014号涉及一种用于热线(hot wire)TIG焊接的焊炬，涉及一种可在直径小且长度长的管道内面顺利地进行育成焊接的用于热线TIG焊接的焊炬，其特征在于，包括：连接部；本体部，其连接于所述连接部，具有适当的长度且两末端部分用绝缘体连接；电极部，其以相对于所述本体部的长度方向形成角度地连接，从而，对管道内部直径为至少150mm的产品也可进行育成焊接，对具有1.5M长度的管道也可进行内部育成焊接，因此，可适用于直径小长度长的管道内部育成焊接。

如上所述的育成焊接装置，提出其焊接方式为TIG焊接。

所述TIG焊接的优点在于，焊接部的机械性质优秀，耐腐蚀性优秀，作业环境清洁，但缺点是生产性低。为了提高生产性应提高电流并增加焊接速度，但如果使用大电流，则根据电弧压力导致的强大的电弧力，在熔池表面会产生严重的压入现象，发生诸如咬 边、焊珠隆起(humping bead)、和分离焊珠等焊接缺陷。

此外，为了提高熔敷速度(rate of deposition)和生产性，应提高焊丝(wire)供给速度，但在使用1.0或1.2mm的焊丝的情况下，由于高的焊丝供给速度，可吸收电弧热的时间不足，只要供给成稍微错开电弧中心，焊丝就会不能熔融，脱落至熔池外面而形成未熔融焊丝。在产生如上所述的未熔融焊丝的情况下，焊接中断而生产性低，从而在现场用足够高的电流进行焊接。因此，在供给速度高的情况下根本上应提高电流，而这种情况的缺点在于，还是会因大电弧力而产生咬边等焊接缺陷，母材熔深变大从而适用困难。

为了克服如上所述的缺点，就构成而言，可列举本申请人申请的专利申请第2012-0096720号。

所述专利提出了将具有平板形态的截面的填充金属适用于TIG焊接，与现有焊丝形态相比有高焊接速度的优点。

但是，在所述专利中，局限于四角形平板截面，因此有变更一部分截面形态从而改良为显示出更高的生产速度的新形态填充金属截面。

实用新型内容

本实用新型是为了克服如上所述的现有技术的缺点而提出的，目的在于提供一种用于TIG焊接的填充金属，所述填充金属比一般的焊丝填充金属热流速投入面积广，每单位长度热量输入增加，从而可实现稳定的焊接。

为了达成如上所述的目的，在本实用新型中，电极位于母材上端，在所述电极和母材之间形成电弧(Arc),保护气体供给到所述电弧周边，用于TIG焊接的填充金属连续供给至所述母材的上端而为所述电弧所熔融，特征在于，所述填充金属的截面为所述电极方向的面向所述电极方向凹陷弯曲的形态。

优选地，所述填充金属的截面特征在于，其为用宽度和厚度表现的平板向所述电极凹陷弯曲的形态。

更优选地，所述填充金属截面特征在于，相对于母材竖直线互相对称。

优选地，用于TIG焊接的填充金属特征在于，所述填充金属的截面下端是三次样条曲线(spline curve)。

优选地，用于TIG焊接的填充金属特征在于，所述填充金属的截面下端是圆弧。

优选地，用于TIG焊接的填充金属特征在于，所述填充金属的截面下端是抛物线。

优选地，用于TIG焊接的填充金属特征在于，所述填充金属的截面下端是以与母材接触的地点为中心向两侧倾斜的直线。

优选地，用于TIG焊接的填充金属特征在于，所述填充金属的截面包括沿水平配置的中央平板、和在所述中央平板末端的倾斜平板。

更优选地，特征在于，所述中央平板的厚度比所述倾斜平板厚。

更优选地，特征在于，所述中央平板的厚度是所述倾斜平板厚度的1.1至2倍。

优选地，特征在于，所述中央平板还包括弯曲部。

优选地，特征在于，所述宽为3mm至10mm,厚度为0.3至1mm。

优选地，特征在于，所述填充金属的材料为不锈钢。

更优选地，特征在于，所述填充金属的材料为在sus300系列、合金(alloy)625、双重(duplex)sts2209及超级双相钢(super duplex)中选择的任何一个。

根据本实用新型的用于TIG焊接的填充金属，其与现有圆形的填充金属不同，构成为向电极方向凹陷弯曲的比较大的截面形态，由此，宽幅地吸收通过电极传递的热流，从而热量输入增加，因此效果在于，即使在相对低焊接电流和低填充金属供给速度下，也提供高生产性和稳定的焊接。

附图说明

图1是TIG焊接装置的一般性构成。

图2是在图1产生的电弧形状图表(graph)。

图3是以图2所示的电弧为基础的一个等离子流曲线图表。

图4是图3所示的流曲线的一部分构成。

图5是图3所示的流中示在一定长度的法线。

图6是连接图5的法线的截面曲线。

图7是图5的完成型截面曲线。

图8是图6的另一个实施例。

图9是图6的又另一个实施例。

图10(a)、10(b)、10(c)是图6的又另一个实施例。

图11是适用于实施例的填充金属截面的长度。

图12是比较例的焊珠照片。

图13是实施例的焊珠照片。

图14是实施例的另一个焊珠照片。

图15是用于截面分析的说明图。

图16是比较例的焊珠截面照片。

图17是实施例的焊珠截面照片。

图18是实施例的另一个焊珠截面照片。

图19是实施例的另一个焊珠截面照片。

图20是根据试验例4的焊珠形状。

图21是图20中形成的焊珠的截面形状和根据相应截面的焊珠高度和熔深深度的数据。

具体实施方式

以下参照附图对根据本实用新型的优选实施例进行具体说明。

根据本实用新型的用于TIG焊接的填充金属10，其特征在于，将截面的形状定义为能够使从TIG电弧等离子(arc plasma)内投入于填充金属10的热量产生最多的形态。

首先，如图1所示，用电极1、母材2、形成于电极1和母材2之间的电弧(arc)3、供给至所述电弧3周边的保护气体(shield gas)4模拟TIG焊接。

所述电弧3从电极1以一个点出发而在母材2形成为一定的宽度，但因为内部也传递能量，所以电弧3内部的表达也重要。

电弧3内部可通过作为位置的函数的等离子流(plasma stream)5表达。在此等离子流5的轮廓线相当于电弧3的形状。

所述电弧3的平面定义为圆形。换句话说，所述图1的电弧3定义为轴对称的形态。

另外，定义为，在如上所述的电弧3中，填充金属10向法线方向位于等离子流5的情况下，根据电弧3的等离子的投入于填充金属10的热量最高；本实用新型的特征在于，算出所述等离子流5的法线面，从而决定填充金属10截面的形状。

接下来，就所述电弧3的形状而言，根据其内部的等离子流5而形成于母材2侧的平面的压力分布或热流分布假设为具有高斯(Gaussian)分布形态，而通常的自然现象的概率，具有高斯分布的形态的情况很多，就TIG 30焊接上的电弧3而言，如上所述，考虑到以电极1为起点向母材2扩散的分布特征等的情况下，相当于恰当的假定。

因此，电弧3的形状f(r)定义为如下。

在此，r表示以电极1为原点的半径方向距离，f(0)表示从电极1到母材2之间的竖直距离，换句话说，表示电弧3的长度，σ代表分散，根据电弧3的半径方向距离选择所述σ值。

图2是示出σ＝1，f(0)＝5时的电弧3的形状的图表。

另外，缺点在于：就等离子流5而言，在f(0)的值选择后，调节σ从而以所述等离子流5接触母材2的点为基准选定r值，但是，因为高斯分布的特性上没有正确地接触于母材2的情况下收敛，所以不能选定r值。

因此，在本实用新型中，对实际电弧3长度追加+10％而形成等离子流5，以在实际电弧3长度交汇的点为基准选择r值，从而克服所述缺点。

所述电弧3长度变更，在±10％以内可适当地选择而构成。

图3是表示十个等离子流5的图片，所述十个等离子流5是，以电弧3长度5为5.5构成等离子流5，将在0地点等离子流5交叉的值算定为r，此时r值初期0.25以后以0.5单位增加的十个等离子流5。

并且图4是表示去除了电弧3长度的下部0.5的等离子流5的图片。

另外，各等离子流5的路径中邻接于原点的等离子流5和x轴的交点，即在y值为零的地点(或一定值)计算法线，求所述法线和邻接的等离子流5的交点，在所述交点再求所述等离子流5的法线的同时，继续求各等离子流5的切线的情况下，可求等离子流5的法线连接曲线。

图5是，等离子流5限定为全体十个，在五个地点利用各法线求交点，示出相应法线的图。

所述图5中连续连接各等离子流5的法线地点的情况下，可得到如图6所示的曲线6。

基于所述曲线6在等离子以90度碰撞于填充金属时显示最高的能量吸收率，则所述曲线6显示最高的能量吸收率。此外，所述曲线6为对称形，因此，实际上如图7所示的截面曲线7对于电弧3显示最高的热量输入。

换句话说，通过电极1瞬间性生成的所有电弧3相同地以垂直于所述截面曲线7的方式吸收，从而理论上出现最高的热量输入。

形成与所述截面曲线7相同形态的填充金属10截面显示最高的热量输入，但是，所述曲线为复杂的式子所表达从而实际制作难，因此可构成进行简化而增加热量输入的 形态。

首先，如图8所示，填充金属10截面可定义为，以四角形的平板为基础截面下端中心位于电弧3原点，此外，截面下端中心的倾斜度为0，末端具有一定高度的三次样条曲线(spline curve)。

在此，优选地，四边形平板的宽为3mm至10mm，厚度为0.3至1mm。

此时在平板的宽不到3mm的情况下生产性有问题，在超过10mm的情况下熔融有问题，此外在填充金属10不和电极1正确地一致的情况下，有发生一部分未熔融的忧虑。

此外，平板的厚度小于0.3mm的情况下同样在生产性上有问题，超过1mm的情况下熔融有问题。

此外，所述填充金属10可适用用于通常的TIG焊接的所有材料。例如，可适用不锈钢、sus300系列、合金625、双重(duplex)sts2209及超级双相钢(super duplex)等。

另外，如上所述用三次样条曲线定义的情况下，优点在于，可充分反映所述的截面曲线7的特性。

此外如图9所示，可设置由圆弧形态构成的填充金属10截面。

所述截面与所述截面曲线7很类似，此外可从平板弯曲一部分而加以构成，从而与圆形或平板形态的填充金属10相比显示出更高的热量输入。

此外，也可设置为中心位于原点的二次抛物线。

并且，如图10(a)所示，可设置为折弯的平板形态。所述截面和截面曲线7有一部分差异，但是，在填充金属10末端显示出高的热量输入从而可期待适当的热量输入。

此外，如图10(b)所示，可实现为，在中央为平板形态，倾斜的平板设置在所述平板两末端的形态。

所述结构在热量输入上多少不利，但优点在于，填充金属10的供给和位于电极1的下部等上有利。

就所述图10(b)的截面而言，中央平板和倾斜的平板可设置为厚度不同，此时中央平板部分的热量输入高，因此，优选地，厚度形成为比倾斜的平板更厚，优选地，所述中央平板的厚度形成为所述倾斜的平板的1.1至2倍。

在不到1.1倍的情况下，没有什么其他的效果，在超过2倍的情况下，有在中央平板部分发生未熔融的忧虑。

此外，如图10(c)所示，可设置为在中央平板形成弯曲部9。所述弯曲部9可活 用为用于填充金属10的供给和引导的结构。

换句话说，比现有圆形截面形态的填充金属10，填充金属10的截面形状以平板为基础形成为向电极1凹陷，显示出高的热量输入，也比平板形态显示出高的热量输入。

此外，所述填充金属10截面也可不以平板为基础，形成为以电极1为基础凹陷，此时也可构成为非对称。

以下依据实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图11所示，将截面的宽为5mm、厚度为0.6mm的sus304材料的平板填充金属10弯曲，形成为宽4.6mm、高1.7mm的对称三次曲线，进行了TIG焊接。

此时设定为，母材(base)材料为ss400，焊接速度为38cpm(cm/min),电流为360A，电弧长度为7mm。

填充金属10的供给速度从250cpm开始以10cpm为单位增加至400cpm变化并焊接，根据所述供给速度决定每单位时间的熔敷速度(deposition rate)，在250cpm的情况下为3.51kg/hr,在400cpm的情况下为5.62kg/hr,中间供给速度通过插值法(interpolation)进行计算。

比较例

以和实施例相同的条件，用截面的宽为5mm、厚度为0.6mm的sus304材料的平板填充金属10进行TIG焊接。

此时填充金属10供给速度从250cpm开始以10cpm为单位增加、变化至300cpm进行焊接。

试验例 1( 焊珠外形分析 )

以所述实施例和比较例为对象分析了焊珠的外形。图12是在比较例中针对各供给速度的焊珠的外形照片，在供给速度为290cpm以上的情况下可确认未熔融现象发生。

图13及图14是在实施例中根据各供给速度的焊珠外形的照片，能够确认到400cpm为止形成无未熔融现象的良好的焊珠。

试验例 2( 焊珠截面分析 )

分析了根据所述实施例及比较例形成的焊珠的截面。如图15所示，就焊珠截面而言，在母材2表面的两点之间用线连接，在中心测定熔深(①地点)。并且沿中心两侧以2mm间隔追加两次测定(②、③、④及⑤地点)。以后计算五个熔深深度的平均后，测定最大最小的熔深深度(⑥及⑦地点)。

图16是根据比较例的焊珠截面的形状和相应焊珠截面的熔深深度数据，图17、图18及图19是根据实施例的焊珠截面的形状和相应焊珠截面的熔深深度数据。通过所述数据能够确认到实施例显示出接近比较例的焊接品质。

试验例 3( 最大熔敷速度 )

通过试验例1及试验例2计算最大熔敷速度，则实施例熔敷速度为5.6kg/hr,比较例熔敷速度为3.9kg/hr，根据实施例的填充金属10与比较例相比生产性优异，此外，如在试验例2所确认的，确认显示出类似的焊接品质。

试验例 4( 多重焊珠形成试验 )

利用实施例的填充金属10截面形成六个焊珠层，分析了截面的特性。

此时，就焊接条件而言，设定为，材料为ss400，焊接速度为38cpm(cm/min)，电流为360A，电弧长度为7mm，设定填充金属10的材料为STS304、供给速度为360cpm、熔敷面积为20mm²、熔敷速度为5.02kg/hr、焊炬摆动(weaving)周期为3Hz、摆动长度为5mm。

图20为所焊接的焊珠的形状，图21为焊珠截面的照片和在截面的十五个位置针对焊珠高度和熔深深度的数据。

从所述图21可确认生成均一的焊珠。

以上，用特定的优选实施例对本实用新型进行图示和说明，本实用新型不限定于所述实施例，在本实用新型所属的技术领域中具备一般常识者，不脱离在专利权利要求范围要求的本实用新型的技术思想的范围内可实施的多样的形态的实施例也全部包括在本实用新型。

Claims (14)

1.一种用于TIG焊接的填充金属，其连续供给于母材上端而为电弧所熔融，电极位于所述母材上端，所述电弧形成在所述电极和母材之间,保护气体供给于所述电弧周边，其特征在于，

所述填充金属的截面为所述电极方向的面向所述电极方向凹陷弯曲的形态。

2.根据权利要求1所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面为用宽度和厚度表现的平板向所述电极凹陷弯曲的形态。

3.根据权利要求2所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面为相对于母材垂直线互相对称。

4.根据权利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面下端是三次样条曲线。

5.根据权利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面下端是圆弧。

6.根据权利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面下端是抛物线。

7.根据权利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面下端是以与母材接触的地点为中心向两侧倾斜的直线。

8.根据权利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的截面包括沿水平配置的中央平板、和在所述中央平板末端的倾斜平板。

9.根据权利要求8所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述中央平板的厚度比所述倾斜平板厚。

10.根据权利要求9所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述中央平板的厚度是所述倾斜平板厚度的1.1至2倍。

11.根据权利要求8所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述中央平板还包括弯曲部。

12.根据权利要求2所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述宽度为3mm至10mm,厚度为0.3至1mm。

13.根据权利要求1至3中的任意一项所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的材料为不锈钢。

14.根据权利要求13所述的用于TIG焊接的填充金属，其特征在于，所述填充金属的材料为在sus300系列、合金625、双重sts2209及超级双相钢中选择的任何一个。