耦合電弧AA-TIG焊氧元素過渡行為研究.pdf

1、活性焊接方法從問世以來，以其能大幅增加焊接熔深，提高焊接生產(chǎn)效率等優(yōu)點受到人們的重視，對于活性焊接法的研究主要集中在活性焊接材料的開發(fā)與應(yīng)用、新型高效活性焊方法的研究以及活性焊接增加熔深機(jī)理的研究等方面。耦合電弧AA-TIG焊(Coupled Arc assisted Activating TIG Welding)是在A-TIG焊的基礎(chǔ)上提出的，該方法采用雙把焊槍進(jìn)行耦合電弧AA-TIG焊。在焊接方向上，TIG主電弧在后，輔助電弧在前，

2、采用Ar+O2作為輔助電弧保護(hù)氣體引入活性元素氧，可獲得深而窄的焊縫。相比于A-TIG焊而言，耦合電弧AA-TIG焊不但省去了活性劑的開發(fā)研制以及涂覆工序，而且可以實現(xiàn)機(jī)器人高速焊接，使焊接效率明顯提高。
　　為了研究耦合電弧AA-TIG焊中O元素的過渡行為，分析熔深增加的深層次機(jī)理，本文選用SUS304奧氏體不銹鋼(0Cr18Ni9)作為母材，輔助電弧采用Ar+O2作為活性保護(hù)氣體進(jìn)行了雙槍耦合電弧AA-TIG焊試驗。首先研究了

3、輔助電弧以及TIG主電弧工藝參數(shù)對耦合電弧AA-TIG焊縫熔深和熔寬的影響，獲得了較佳的焊接工藝參數(shù)。然后進(jìn)行了驟冷試驗，并以背面水冷法驟冷的高溫熔池為研究對象，對驟冷熔池試樣進(jìn)行AES線分析，對非驟冷焊縫試樣進(jìn)行SEM分析以及EPMA線分析和點分析，最終確定氧在驟冷熔池和非驟冷焊縫中的含量以及分布情況。最后根據(jù)驟冷熔池金屬中氧的含量和分布分析了氧由電弧到熔池中的過渡過程，比較了耦合電弧AA-TIG焊與A-TIG焊熔池金屬中氧元素分布和

4、過渡過程的異同。
　　焊接工藝試驗結(jié)果表明，輔助電弧電流為70A，輔助電弧保護(hù)氣體中氧流量為0.75 L/min、氬氣流量9.25 L/min，輔助電弧弧長2mm，輔助電弧鎢極傾斜角度為70°，主電弧電流為160A，主電弧氬氣流量12 L/min，主電弧弧長3mm，主電弧鎢極傾斜角度為115°，鎢極間距3mm，焊接速度為90mm/min時焊接效果較佳，可以一次焊透8mm不銹鋼板，且焊縫成形良好。
　　通過對比表面氣冷和背面水

5、冷兩種方法在不同時間點開始驟冷時的冷卻效果，發(fā)現(xiàn)背面水冷法比表面氣冷法的冷卻效果好，且最佳的噴水冷卻時間為熄弧前0.4 s。
　　耦合電弧AA-TIG焊與A-TIG焊時，驟冷熔池中的O都主要富集在表面。對于耦合電弧AA-TIG焊表面富集層的平均O含量，在熔池前部是中間位置的高，邊緣位置的略低;在熔池中部中間位置和邊緣位置相差不大;而在熔池后部，則是邊緣位置的高，中間位置的低。O在熔池前部、中部和后部表面的分布范圍分別為42μm、4

6、00μm、19μm。對于A-TIG焊時表面富集層的平均O含量，在熔池前部和中部都是邊緣位置略高，中間位置的略低;在熔池后部是邊緣位置和中間位置相差不大。氧在熔池前部、中部和后部表面的分布范圍分別為33μm、42μm、19μm。
　　這兩種焊接方法下氧在熔池中的分布都是由氧的引入方式、熔池表面的溫度分布、電弧力的作用以及熔池的流動形態(tài)等因素共同決定的。而氧的引入方式不同是影響這兩種焊接方法熔池中氧元素含量和分布不同的根本原因。氧的引

7、入方式影響熔池中氧元素的分布主要是通過影響熔池表面各個位置的氧分壓，進(jìn)而影響各個位置溶解氧的量。而各個位置溫度分布影響熔池中氧元素的分布，主要是通過影響熔池表面各種氧化物分解、蒸發(fā)以及氧溶解的量。
　　由于氧元素的引入方式不同，耦合電弧AA-TIG焊與A-TIG焊時活性元素O的過渡過程也不同。耦合電弧AA-TIG焊時，由輔助電弧引入的活性氣體在電弧高溫下被解離為原子[O]，并吸附與熔池表面，進(jìn)而與表面的Fe及合金元素Si、Mn、C

8、r等反應(yīng)生成氧化物，合金元素氧化物向表面富集形成氧化層，而生成量最多的FeO由于能溶于液態(tài)Fe而向熔池內(nèi)擴(kuò)散，并在擴(kuò)散的過程中將熔池金屬內(nèi)部與O親和能力強(qiáng)的Mn、Si、Cr元素氧化，生成新的氧化物浮向表面，剩余的FeO則主要存在于與氧化層交界處的一薄層熔池金屬內(nèi)。而A-TIG焊時，氧化物是在電弧高溫下分解，使電弧變?yōu)檠趸詺夥眨纸獬龅难踹M(jìn)而與Fe反應(yīng)生成少量FeO，未分解的氧化物富集在表面形成氧化層，而FeO向熔池內(nèi)擴(kuò)散，最終主要存在