提高TIG焊效率的方法

提高TIG焊焊接效率的幾種方法TIG焊是一種應(yīng)用很廣泛的焊接方法，TIG焊焊接過程穩(wěn)定并且容易控制，適合各種位置和材料的焊接，焊接效果也比較好，但是它的熔敷率要比其他焊接方法低，所以我們要想辦法提高TIG焊的焊接效率，下面就介紹幾種提高TIG焊焊接效率的辦法。一雙極TIG焊，在這種焊接方法中，一個焊槍中有兩個相互絕緣的鎢極。兩個鎢極產(chǎn)生兩支電弧，并且在洛倫茲力的作用下形成一個大電弧。它的原理圖如下：圖1雙極TIG焊原理圖兩個鎢極之間有陶瓷層以確保絕緣，鎢極尖端的距離為1-6mm，每個鎢極都形成一個回路，并可以由控制系統(tǒng)單獨控制。焊接過程中，弧壓是影響焊接質(zhì)量的一個重要因素，高弧壓會加深熔池的凹陷程度，使焊接過程不穩(wěn)定，降低焊接質(zhì)量。我們分別測得了傳統(tǒng)鎢極氬弧焊和雙極氬弧焊的弧壓，繪制成下面兩幅圖圖2傳統(tǒng)單極氬弧焊弧壓圖3雙極氬弧焊弧壓從圖中可以看出，在相同的焊接條件下，雙極氬弧焊的弧壓峰值要比單極氬弧焊低得多，而且弧壓分布也相對均勻。電弧不僅產(chǎn)生弧壓，而且要產(chǎn)生熱量融化金屬，由于雙極氬弧焊有兩個鎢極，并且分別產(chǎn)生熱量，因此雙極氬弧焊所需的電壓比較低，下面是在相同的電流情況下，雙極氬弧焊和單極氬弧焊所分別需要的電壓。圖4兩種焊接方法所需電壓在高速TIG焊中，需要提高焊接電流以獲得大的熔深，但是這樣就會產(chǎn)生額外的弧壓，導(dǎo)致焊接過程不穩(wěn)定，產(chǎn)生焊接缺陷。而雙極氬弧焊弧壓比較小，這樣就會使熔池變形小，焊接過程穩(wěn)定，進(jìn)而獲得較好的焊接效果。下面是我們使用兩種方法分別進(jìn)行焊接獲得的結(jié)果。圖5傳統(tǒng)TIG焊焊接結(jié)果圖6雙極TIG焊焊接結(jié)果材料為Q235鋼，尺寸為200*50*3mm，焊接電流和速度分別為300A和600mm/min。在焊接開槽厚板時，由于需要大電流，傳統(tǒng)氬弧焊會有消耗鎢極，焊接過程不穩(wěn)定，焊接易產(chǎn)生缺陷等缺點。而雙極TIG焊由于通過每個鎢極的電流小，弧壓小，這些問題都會得到較好的解決，下面是兩種焊接方法分別得到的焊接結(jié)果。圖7傳統(tǒng)鎢極氬弧焊焊接結(jié)果圖8雙極氬弧焊焊接結(jié)果焊接材料為Q235鋼，尺寸為200*30*6mm，焊接速度為240mm/min。由上所述我們可以看出，雙極氬弧焊的焊接質(zhì)量和速度要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鎢極氬弧焊。二熱絲TIG焊原理：熱絲TIG焊與產(chǎn)同TIG焊的區(qū)別主要在于將填充焊絲送入焊接熔池之前由獨立的電源電阻加熱到接近填充焊絲的熔化溫度，大大加快了填充絲的融化速度，提高了熔敷率，同時調(diào)整了焊接熔池的熱輸入量，降低了母材的稀釋率，擴(kuò)大了焊接工藝方法的適應(yīng)性和應(yīng)用范圍。其工作示意圖如下：圖9熱絲TIG焊工作示意圖熱絲鎢極氬弧焊時，由于流過焊絲的電流所產(chǎn)生磁場的影響，電弧產(chǎn)生磁偏吹而沿焊縫作縱向偏擺。為此，用交流電源加熱填充焊絲，以減少磁偏吹。在這種情況下，當(dāng)加熱電流不超過焊接電流的60%時，電弧擺動的幅度被限制在30°左右。為了使焊絲加熱電流不超過焊接電流的60%，通常焊絲最大直徑限為1.2mm。如焊絲過粗，由于電阻小，需增加加熱電流，這對防止磁偏吹是不利的。熱絲焊接已成功用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鎳和鈦等。對于鋁和銅，由于電阻率小，要求很大的加熱電流，從而造成過大的電弧磁偏吹和熔化不均勻，所以不推薦熱絲焊接。熱絲氬弧焊機(jī)由以下幾部分組成：直流氬弧焊電源，預(yù)熱焊絲的附加電源通常用交流居多，送進(jìn)焊絲的送絲機(jī)構(gòu)以及控制、協(xié)調(diào)這三部分之間的控制電路。為了獲得穩(wěn)定的焊接過程，主電源還可采用低頻脈沖電源。在基值電流期間，填充焊絲通入預(yù)熱電流，脈沖電流期間焊絲熔化。這種方法可以減少磁偏吹。脈沖電流頻率可以提高到100Hz左右。一種更為理想的方法是用一臺焊接電源來替代焊接電源和附加預(yù)熱電源。采用一臺高速切換的開關(guān)電源，以很高的開關(guān)頻率來熔化和預(yù)熱焊絲，獲得二者統(tǒng)一。熱絲TIG焊與其他焊接方法相比，具有以下優(yōu)點：熱絲TIG焊與普通冷絲TIG焊相比，熔敷效率大大提高，如圖10所示；2）熱絲TIG焊具有傳統(tǒng)TIG焊的特點，電弧穩(wěn)定性高，焊縫成形美觀，可以焊制高級材料的的優(yōu)質(zhì)焊縫且焊接過程無飛濺，焊接區(qū)相當(dāng)清潔。圖11顯示的是窄間隙熱絲TIG焊厚壁接頭橫截面的宏觀照片。從中可見，焊縫橫剖面形狀均整，無任何焊接曲線，焊縫組織細(xì)密；圖10熱絲TIG焊與冷絲TIG焊熔敷率的比較圖11厚壁接頭窄間隙熱絲TIG焊焊縫橫剖面宏觀金相照片3）選用合理的熱絲TIG焊焊接工藝參數(shù)，可將焊縫的木材稀釋率控制在較低的水平，適用于不銹鋼鎳基合金的表面堆焊。由于焊接熔池的形狀易于控制，可以完成大多數(shù)形狀之間的表面堆焊；4）對于常規(guī)的對接、角接，焊接速度可從手工氬弧焊的20cm/min提高到熱絲TIG焊的80~100cm/min；5）對于厚壁接頭，熱絲TIG焊可以利用焊接表面無熔渣、焊縫成形均整等特點，實現(xiàn)厚壁焊件的窄間隙焊。這不僅提高了焊接效率，而且改善了焊縫的質(zhì)量；6）熱絲TIG焊易于實現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化和自動化，可在厚壁管全位置焊接條件下確保焊道成形良好，因此，也適用于管道安裝全位置自動化熱絲TIG焊，并可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。三超聲鎢極氬弧復(fù)合焊超聲鎢極氬弧復(fù)合焊就是將超聲能量直接加入到TIG焊接電弧中，該方法能夠在相對較小的焊接電流下獲得較高的電弧壓力，增加焊接熔深的同時，不會導(dǎo)致因焊接熱輸入量的增加，而帶來的焊接組織粗大及焊縫性能下降等缺陷。下圖為復(fù)合焊原理圖：圖12超聲鎢極氬弧復(fù)合焊原理圖通過實驗測量得到了超聲鎢極氬弧復(fù)合焊的壓力分布，與傳統(tǒng)氬弧焊對比，得到下圖：圖13電弧壓力分布對比可以看出復(fù)合焊的電弧壓力明顯高于普通鎢極氬弧焊，并且更加集中，可以有效地增加熔深。四活性焊劑氬弧焊活性焊劑氬弧焊（A-TIG焊）的工藝方法的改進(jìn)之處是在原有TIG焊的的條件下，焊接前在焊接區(qū)材料表面涂上一薄層活性焊劑，此焊劑為無機(jī)物粉末和揮發(fā)性液體介質(zhì)的混合物，揮發(fā)性液體介質(zhì)揮發(fā)后，留下活性焊劑。焊接時在電弧作用下，焊劑蒸發(fā)，其中的活性組分直接轉(zhuǎn)移至等離子區(qū)，與電弧發(fā)生相互作用。而焊劑的蒸發(fā)對電極的性能或壽命沒有任何負(fù)面影響。焊劑可用噴涂、粘貼貨刷子刷等方法涂覆。關(guān)于活性焊劑的原理有兩種觀點：1）一種熔深增加的機(jī)理為“電弧壓縮”理論。它認(rèn)為活性焊劑在電弧高溫下蒸發(fā)后以原子形態(tài)包圍在電弧周邊區(qū)域，由于電弧周邊區(qū)域溫度較低,活性焊劑蒸發(fā)原子捕捉該區(qū)域中的電子形成負(fù)離子并散失到周圍空間，使電弧中的電子數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢，電弧導(dǎo)電性能減弱，結(jié)果造成電弧自動產(chǎn)生壓縮,熱量集中、電弧力集中，即電弧的壓縮可增強陽極焊縫根部的電流密度(1.5~2倍[1])和電弧強度(1.5~2.5倍)，從而使焊接熔深增加。如圖所示。圖14A-TIG焊的“電弧壓縮”機(jī)理略圖另一種觀點認(rèn)為，在活性焊劑焊接中，熔池金屬流動狀態(tài)對所形成的熔深起到相當(dāng)大的作用。普通焊接時金屬在熔化狀態(tài)下，其表面張力具有負(fù)的溫度系數(shù)，促使熔池表面形圖15熔池表面張力分布與熔池液態(tài)金屬流動的關(guān)系成從熔池中心區(qū)域向熔池周邊區(qū)域的表面張力流，所得到的熔深較淺；當(dāng)熔池金屬中存在某種微量元素(含量達(dá)到一定數(shù)值以上)或接觸到活性氣氛時，熔池液態(tài)金屬的表面張力數(shù)值降低并且轉(zhuǎn)變?yōu)檎臏囟认禂?shù)，從而使熔池金屬，形成從熔池周邊向著熔池中心區(qū)的表面張力流，熔池中心區(qū)的電弧熱量通過液態(tài)金屬的流動直接傳向熔池底部，使熔池底部的加熱效率提高，從而形成更大的熔深。如圖15所示。為了知道電弧壓縮和熔池表面張力梯度哪一方面的影響更大，甘肅工業(yè)大學(xué)的樊丁等人對此進(jìn)行了進(jìn)一步研究。他們用涂有活性劑的試板進(jìn)行小功率電子束焊接試驗。因為電子束焊沒有電弧，不用考慮電弧壓縮,故而對電子束來說只有表面張力的作用。試驗結(jié)果是電子束焊時活性劑的有無對熔深的影響很小，也就初步說明表面張力梯度的變化對熔池熔深增加起的作用很小。性劑確實能夠有效地增加焊縫的熔深，減小熔寬。某些活性劑還能提高焊接金屬的機(jī)械性能。參考文獻(xiàn)[1]孫清潔等.超聲鎢極氬弧復(fù)合焊接電弧壓力特征研究[J].械工程學(xué)報，2011（2）：53-57.[2]張秋平.活性焊劑氬弧焊技術(shù)及其應(yīng)用[J].工藝與材料，2004（6）：57-60.[3]劉紅斌等.帶活性劑的氬弧焊接(A—TIG)術(shù)工藝研究[J].火箭推進(jìn)，2005（6）：35-41..[4]X.-S.Leng,G.-J.ZhangandL.Wu.Experimentalstudyonimproving