CN102744503A - 一种气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体输送活性钨极氩弧焊接方法，改变了活性元素的引入方式，通过自动送粉装置将活性剂输送到焊接保护气体中，由保护气体将活性剂引入焊接电弧和熔池进行施焊；该方法能够显著收缩焊接电弧，改变熔池流动方向，成倍增加焊缝熔深。相比于传统的活性钨极氩弧焊接方法，该方法在保证焊缝表面成形良好的同时成倍增加熔深，并且可以通过改变活性剂的成分，控制焊缝的成分和组织，改善焊缝的力学性能，同时可实现焊接过程的全自动化，提高生产效率。
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及活性钨极氩弧焊接方法。
背景技术
[0002] TIG焊，即钨极氩弧焊，是现代装备制造业中高质量焊接的代表。但因其单道焊缝熔深较浅，一般不超过4 mm，厚板焊接需要开坡口进行多层多道焊，生产过程繁琐，成本高，生产效率低，因此限制了这种焊接方法的应用领域。
近些年来，活性TIG焊接法引起了世界范围内的广泛关注，它通过在焊接过程中引入活性元素使熔深显著增加。国际上，包括乌克兰巴顿焊接研究所(PWI)、美国爱迪生研究所（EWI）、英国焊接研究所（TWI）和日本大阪大学的熔接科学研究所(JWRI)等知名研究机构都进行了专门研究，国内包括哈尔滨工业大学、兰州理工大学和大连理工大学等单位也都进行了相关研究。
目前，活性元素的引入方式主要分为两大类，一类是通过活性气体，另一类是通过在母材表面涂覆活性剂。前者有两种实现方式，一种是通过活性混合气体（惰性气体和含氧活性气体O2或CO2的混合气体），另一种是采用分层气体，内层通入惰性保护气体（Ar或He），外层气体则通入含活性元素O的气体（O2或CO2）。在焊接过程中O2或CO2在电弧的作用下分解出单原子O吸附到熔池表面，以此引入O元素，使熔池金属的表面张力温度系数由负变正，熔池金属由外向内流动，从而使电弧输入的热量更加有效地向熔池底部传输，达到显著增加熔深的目的。然而这种活性元素引入方式不能在焊接过程中引入合金元素，难以通过调节焊缝金属的成分改善其组织和性能。后者是焊前在打磨好的工件表面涂覆一层很薄的表面活性剂，可使焊接电弧收缩，熔池金属的流动方向改变，焊缝熔深显著增加。这种活性元素引入方式可以通过改变活性剂成分，调节焊缝的组织和成分，改善焊缝的力学性能。但该方法需要增加一道活性剂涂覆工序，并且活性剂涂敷厚度不能精确控制，从而限制了它的应用范围，这也是这种方法没有得到大范围工业应用的主要原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法。
本发明是一种气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法，其步骤为：
（1）在钨极氩弧焊接前，首先加热除去活性剂吸附的水分和活性剂本身所含的结晶水，研磨并筛分，制成活性剂粉末A；
（2）把处理好的活性剂装入送粉器，将送粉器与焊枪上的保护气体B的管路相连；
（3）焊接开始的同时输送活性剂，活性剂粉末A在焊接保护气体B的输送下进入电弧C与熔池D的耦合***，焊接结束即停止输送，即得气体输送活性钨极氩弧焊焊缝。
本发明的有益之处为：
1、与传统的活性TIG焊相比，在保证焊缝表面成形良好的同时可成倍增加熔深。2、通过改变活性剂的成分，可控制焊缝的成分和组织，改善焊缝的力学性能。3、可操作性好，能实现焊接过程的全自动化，提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的活性剂进入电弧-熔池***的示意图，图中A为活性剂粉末，B为焊接保护气体，C为焊接电弧，D为熔池；图2为普通交流TIG焊的电弧形貌图；图3为本发明的采用MnCl2活性剂的电弧形貌图；图4为普通交流TIG焊的焊缝表面图片，图5为本发明的采用MnCl2活性剂的焊缝表面图片，图6普通交流TIG焊的焊缝横截面图，图7为本发明的采用MnCl2活性剂的焊缝横截面图；
图8为采用Te活性剂的焊缝表面图，图9为采用AlF3活性剂的焊缝表面图，图10为采用V2O5活性剂的焊缝表面图，图11为采用Te活性剂的焊缝横截面图，图12为采用AlF3活性剂的焊缝横截面图，图13为采用V2O5活性剂的焊缝横截面图，图14为采用V2O5活性剂的焊缝拉伸试样断口的正面形貌图。
具体实施方式
本发明是一种气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法，其步骤为：
（1）在钨极氩弧焊接前，首先加热除去活性剂吸附的水分和活性剂本身所含的结晶水，研磨并筛分，制成活性剂粉末A；
（2）把处理好的活性剂装入送粉器，将送粉器与焊枪上的保护气体B的管路相连；
（3）焊接开始的同时输送活性剂，活性剂粉末A在焊接保护气体B的输送下进入电弧C与熔池D的耦合***，焊接结束即停止输送，即得气体输送活性钨极氩弧焊焊缝。
所说的自动送粉装置采用电机传动，能够通过调节电机转速，调节活性剂的输送速度，其输送速度为：0.1g/min-5g/min。
选用的活性剂为卤化物，或者是氧化物，或者是单质，或者是以上物质的混合物。
实施例一
本实施例中，分别采用交流TIG焊和本发明的交流TIG焊接方法进行表面熔焊，焊接工艺参数分别如表1和表2所示，本发明的活性剂为MnCl2。TIG焊和本发明的TIG焊的电弧形貌分别如图2和图3所示。相比于TIG焊，本发明的TIG焊电弧明显收缩，焊接电压增加了大约4 V。
表1 普通交流TIG焊工艺参数
表2 本发明的TIG焊工艺参数
TIG焊和本发明的采用MnCl2活性剂的TIG焊焊缝表面分别如图4和图5所示，本发明的TIG焊焊缝表面成形良好。其焊缝横截面分别如图6和图7所示。TIG焊所得焊缝熔深为1.81 mm，熔宽为6.02 mm，深宽比为0.30，本发明的TIG焊所得焊缝熔深为5.47 mm，熔宽为8.91 mm，焊缝深宽比为0.61。本发明的TIG焊焊缝的熔深和深宽比分别是TIG焊的3.02倍和2.03倍。
实施例二
本实施例中，采用本发明的TIG焊接方法进行表面熔焊，焊接工艺参数如表2所示，采用的活性剂分别为Te粉、AlF3和V2O5。焊缝表面分别如图8、图9和图10所示，其中采用AlF3活性剂的焊缝表面成形较为良好。焊缝横截面分别如图11、图12和图13所示，采用Te活性剂的焊缝熔深为3.35 mm，熔宽为8.35 mm，焊缝深宽比为0.40；采用AlF3活性剂的焊缝熔深为5.05 mm，熔宽为7.28 mm，焊缝深宽比为0.69；采用V2O5活性剂的焊缝熔深为5.14 mm，熔宽为9.77 mm，焊缝深宽比为0.53。采用Te活性剂、AlF3活性剂和V2O5活性剂的GTFA-TIG焊熔深分别是普通交流TIG焊的1.85倍、2.79倍和2.84倍，其焊缝深宽比分别是普通交流TIG焊的1.33倍、2.3倍和1.77倍。
实施例三
本实施例中，采用本发明的TIG焊接方法进行表面熔焊，焊接工艺参数如表2所示，选用的活性剂为V2O5。对焊缝进行X射线探伤，未发现气孔、夹渣、裂纹和条形缺陷，评片结果为Ⅰ级。按GB/T228-2002标准进行焊缝金属横向拉伸性能试验，如图14所示，试件断裂位置位于焊缝热影响区，最大抗拉强度为115.4Mpa，与母材金属的基本相同。
Claims (3)
1.一种气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法，其步骤为：
（1）在钨极氩弧焊接前，首先加热除去活性剂吸附的水分和活性剂本身所含的结晶水，研磨并筛分，制成活性剂粉末（A）；
（2）把处理好的活性剂装入送粉器，将送粉器与焊枪上的保护气体（B）的管路相连；
（3）焊接开始的同时输送活性剂，活性剂粉末（A）在焊接保护气体（B）的输送下进入电弧（C）与熔池（D）的耦合***，焊接结束即停止输送，即得气体输送活性钨极氩弧焊焊缝。
2.按照权利要求1所述的气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法，其特征在于所说的自动送粉装置采用电机传动，能够通过调节电机转速，调节活性剂的输送速度，其输送速度为：0.1g/min-5g/min。
3.按照权利要求1所述的气体输送活性剂的钨极氩弧焊接方法，其特征在于选用的活性剂为卤化物，或者是氧化物，或者是单质，或者是以上物质的混合物。
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