耦合電弧AA-TIG電弧特性研究.pdf

1、近些年，A-TIG焊由于普遍存在涂敷工序復雜、活性劑配方開發(fā)時間過長以及活性劑的引入量不易精確控制等缺點限制了它的廣泛應用。電弧輔助活性TIG焊，即AA-TIG焊(Arcassisted Activating TIG Welding)是根據(jù)活性TIG焊提出的一種新型的活性焊接方法。
　　 為了進一步提高焊接生產(chǎn)效率，本課題組在AA-TIG焊的基礎上提出了耦合電弧AA-TIG焊，并進行了初步試驗研究。在焊接方向上，輔助電弧在前，通

2、入一定配比的惰性氣體(如Ar、He等)與活性氣體(如CO2，O2等)的混合氣體作為保護氣，采用較小的焊接電流。主電弧在后，通入惰性氣體(如Ar、He等)作為保護氣體，采用較大的焊接電流。焊接過程中兩個電弧同時引燃施焊，該方法焊接過程穩(wěn)定而且容易實現(xiàn)自動化焊接，進一步提高焊接生產(chǎn)率。
　　 電弧特性的研究對耦合電弧AA-TIG焊縫成形機理的研究以及對該焊接方法的改進具有重要意義。本文在上述試驗的基礎上研究了耦合電弧AA-TIG焊的

3、電弧特性，并對該方法的優(yōu)越性作了簡單分析，結(jié)合電弧特性初步探討了其焊縫成形的機理。試驗包括三部分：
　　 首先是搭建耦合電弧AA-TIG焊電弧特性測量分析平臺，主要包括耦合電弧形態(tài)的采集系統(tǒng)、電弧壓力測量系統(tǒng)、陽極電流密度測量系統(tǒng)、陽極溫度場測量系統(tǒng)、電弧電壓采集系統(tǒng)以及焊接工藝試驗平臺。
　　 其次是進行了耦合電弧AA-TIG焊電弧特性的測量與分析，主要包括5部分內(nèi)容：(1)采集耦合電弧AA-TIG焊電弧形態(tài)，結(jié)果表明

4、：2mm鎢極間距條件下，焊接電流、弧長對耦合電弧的形態(tài)影響較小，耦合電弧AA-TIG電弧形態(tài)跟傳統(tǒng)單弧形態(tài)相近，均呈現(xiàn)鐘罩型；而在4mm鎢極間距條件下，由于受到主弧與輔弧非對稱因素的影響，隨著弧長與電流的變化，耦合電弧形態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電弧形態(tài)均向主弧一側(cè)偏轉(zhuǎn)；與傳統(tǒng)單弧TIG比，耦合電弧軸向橫截面積變化梯度較小。(2)測量耦合電弧AA-TIG焊電弧壓力，結(jié)果表明：與傳統(tǒng)單弧相比，耦合電弧AA-TIG焊的電弧壓力要顯著降低，并且在2mm鎢極

5、間距條件下，隨著焊接電流的減小、弧長的增大以及輔助電弧中氧含量的減小其電弧壓力峰值減?。浑S著鎢極間距的增大，耦合電弧AA-TIG電弧壓力分布由高斯分布向雙峰分布過渡。(3)對耦合電弧AA-TIG焊的陽極電流密度進行測量，結(jié)果表明：在2mm鎢極間距條件下，耦合電弧AA-TIG焊陽極電流密度的分布均服從高斯分布，且隨著焊接電流的增大，電流密度峰值顯著增大，隨著弧長的增大電流密度峰值降低，氧氣流量對電流密度峰值的影響較??；而隨著鎢極間距的增大

6、，電流密度的分布由高斯分布向雙峰分布過渡，且主電弧處的電流密度峰值大于輔弧處的電流密度峰值。(4)測量耦合電弧AA-TIG焊陽極溫度的分布，結(jié)果表明：在相同的焊接規(guī)范下，工件上的同一個測量點，傳統(tǒng)單弧TIG焊的溫度高于耦合電弧AA-TIG焊，隨著鎢極間距的增大耦合電弧中心處溫度降低，邊緣處溫度升高，即鎢極間距較小時溫度更為集中。(5)對耦合電弧AA-TIG的電弧電壓進行采集，結(jié)果表明：耦合電弧AA-TIG焊的主弧電弧電壓大于輔弧電壓且均

7、小于相同電流條件下的傳統(tǒng)單弧TIG的電弧電壓；隨著弧長的增大，耦合電弧AA-TIG焊的主弧電壓與輔弧電壓變化規(guī)律相同。
　　 其三是進行了焊接工藝試驗驗證，通過工藝試驗表明：相比傳統(tǒng)單弧TIG焊，耦合電弧AA-TIG焊的焊接效率提高、應用范圍更廣，其能夠一次焊透8mm厚的304不銹鋼板，焊縫熔深為傳統(tǒng)TIG焊的2-3倍；在500mm/min的焊接速度下，其焊縫表面成形良好且焊縫熔深有所提高；在1200mm/min的焊接速度下焊接

8、2mm厚的不銹鋼板單面焊雙面成形。
　　 本文最后結(jié)合電弧特性對耦合電弧AA-TIG焊焊縫成形機理進行了簡要的分析認為：耦合電弧AA-TIG焊焊縫熔深增加的機理主要是氧元素的引入改變了不銹鋼熔池表面張力溫度梯度系數(shù)，使Marangoni對流方式發(fā)生改變，液態(tài)金屬更容易向焊縫底部流動，從而顯著的增大了焊縫熔深；而耦合電弧AA-TIG高速焊接時焊縫成形良好是電弧特性和氧元素共同影響的結(jié)果，氧的引入降低了熔池金屬的粘度，電弧壓力顯著降