不銹鋼粉末熔池耦合活性TIG焊方法研究.pdf

1、本文結(jié)合GPCA-TIG焊和 GTFA-TIG焊，提出了粉末熔池耦合活性 TIG焊方法（PPCA-TIG），該方法是一種新型雙層氣體保護(hù)并輸送活性劑粉末的活性TIG焊接方法。與以往活性TIG焊接方法相比，最大的不同點(diǎn)在于內(nèi)層通氬氣或其他惰性氣體保護(hù)熔池和鎢極，外層通過自動(dòng)送粉裝置將活性劑粉末送入保護(hù)氣體，由保護(hù)氣體將其引入電弧-熔池外層區(qū)域，然后與熔池的邊緣低溫區(qū)域耦合，可使得電弧收縮，熔池表面張力溫度系數(shù)改變，顯著增加熔深。該方法可通

2、過選擇合適的活性劑，實(shí)現(xiàn)不銹鋼、鋁鎂等各種金屬合金的焊接，又可避免活性劑粉末對鎢極的污染。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴選用工業(yè)中常用的SUS304不銹鋼作為焊接用試驗(yàn)板材，并選取了典型的氧化物、鹵化物、氟化物和單質(zhì)共7種試劑作為試驗(yàn)用活性劑。通過與傳統(tǒng)TIG焊對比，研究了不同活性劑對奧氏體304不銹鋼P(yáng)PCA-TIG焊焊縫成形、電弧形態(tài)、組織以及鎢極燒損的影響規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：氧化物能使焊縫熔深增加到傳統(tǒng)TIG焊的3倍以上，單質(zhì)碲能

3、使焊縫熔深增加到2.4倍左右，單質(zhì)硅、鹵化物和氟化物增加熔深效果較差；單質(zhì)碲、硅和氧化物、鹵化物、氟化物都能使電弧電壓增大、電弧收縮，氧化物也使熔池馬蘭格尼對流發(fā)生了由外向內(nèi)的改變；PPCA-TIG焊縫組織主要為奧氏體和鐵素體，鐵素體形態(tài)以骨架狀為主；同時(shí)采用該方法，可有效避免活性劑粉末對鎢極的污染。⑵選用單組元活性劑中效果最好的SiO2作為工藝性能試驗(yàn)用活性劑，分析焊接速度、電弧長度對焊縫表面成形的影響，并采用正交設(shè)計(jì)法，研究焊接電流

4、、內(nèi)外層氣體流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速對焊縫熔深以及焊縫深寬比的影響規(guī)律，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得到了采用SiO2活性劑的PPCA-TIG焊最佳工藝參數(shù)，最后對其組織、性能進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：焊接電流對焊縫熔深有著非常重要的影響，但對焊縫深寬比幾乎沒有影響；外層氣體流量對焊縫深寬比影響最大，對焊縫熔深影響較小，在試驗(yàn)范圍內(nèi)焊縫熔深與深寬比同步變化；內(nèi)層氣體流量對焊縫熔深影響比較大，但對焊縫深寬比影響比較小；而電機(jī)轉(zhuǎn)速對焊縫熔深和深寬比的影響都比

5、較小，屬于次要因素；在最佳工藝參數(shù)下，PPCA-TIG焊可以不開坡口連續(xù)焊透8mm厚不銹鋼鋼板，在保證焊縫表面成形良好的前提下達(dá)到了單面焊雙面成形的效果；PPCA-TIG焊焊縫表現(xiàn)出了良好的塑性變形能力和低溫沖擊韌性。⑶針對SiO2活性劑顆粒從電弧過渡至熔池金屬的過程，利用靜電探針粉末捕捉技術(shù)結(jié)合 SEM/EDS分析得到了活性劑粉末經(jīng)過電弧所發(fā)生的形態(tài)和成分變化，然后采用XRD、SEM、AES、EDS等方法分析了焊縫表面焊渣、表面氧化層

6、和焊縫金屬中的成分分布和相分布，最后利用熱力學(xué)計(jì)算分析了活性劑與電弧、熔池金屬的反應(yīng)過程，建立了SiO2活性劑從電弧到熔池金屬的過渡模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SiO2活性劑顆粒進(jìn)入電弧后經(jīng)過熔化、蒸發(fā)、碰撞結(jié)合后解離出了Si、O原子，其中Si、O原子以氣態(tài)形式存在于電弧中；解離出的 Si、O元素進(jìn)入熔池后，在 Cr、Mn、Si等合金元素的作用下，經(jīng)過直接氧化、間接氧化以及最后冷卻時(shí)的氧化反應(yīng)共三個(gè)階段形成了焊縫表面的氧化層；焊縫表面氧化層主要由大

7、分子架狀結(jié)構(gòu)的SiO2、密排六方結(jié)構(gòu)的Cr2O3以及具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe3O4、Mn3O4和FeCr2O4氧化物組成，這與焊縫金屬的晶體結(jié)構(gòu)差異較大，使得焊縫與焊渣之間結(jié)合力較差、焊縫脫渣性良好；采用SiO2活性劑的PPCA-TIG焊并不會(huì)使焊縫大量增氧、增硅。⑷PPCA-TIG焊設(shè)備簡單、可靠，不需要精密的粉末輸送裝置和氣體配比裝置，可以針對不同焊接板材靈活選用相應(yīng)的活性劑，在外層氣體中引入微量的活性劑粉末就可以成倍的增加熔深，并且焊