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(fù)雜、活性劑配方開(kāi)發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)以及活性劑的引入量不易精確控制等缺點(diǎn)限制了它的廣泛應(yīng)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(jìn)一步提高焊接生產(chǎn)效率，本課題組在AA-TIG焊的基礎(chǔ)上提出了耦合電弧AA-TIG焊，并進(jìn)行了初步試驗(yàn)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(hù)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(hù)氣體，采用較大的焊接電流。焊接過(guò)程中兩個(gè)電弧同時(shí)引燃施焊，該方法焊接過(guò)程穩(wěn)定而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接，進(jìn)一步提高焊接生產(chǎn)率。
　　 電弧特性的研究對(duì)耦合電弧AA-TIG焊縫成形機(jī)理的研究以及對(duì)該焊接方法的改進(jìn)具有重要意義。本文在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究了耦合電弧AA-TIG焊的

3、電弧特性，并對(duì)該方法的優(yōu)越性作了簡(jiǎn)單分析，結(jié)合電弧特性初步探討了其焊縫成形的機(jī)理。試驗(yàn)包括三部分：
　　 首先是搭建耦合電弧AA-TIG焊電弧特性測(cè)量分析平臺(tái)，主要包括耦合電弧形態(tài)的采集系統(tǒng)、電弧壓力測(cè)量系統(tǒng)、陽(yáng)極電流密度測(cè)量系統(tǒng)、陽(yáng)極溫度場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)、電弧電壓采集系統(tǒng)以及焊接工藝試驗(yàn)平臺(tái)。
　　 其次是進(jìn)行了耦合電弧AA-TIG焊電弧特性的測(cè)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(zhǎng)對(duì)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(duì)稱(chēng)因素的影響，隨著弧長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(guò)渡。(3)對(duì)耦合電弧AA-TIG焊的陽(yáng)極電流密度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明：在2mm鎢極間距條件下，耦合電弧AA-TIG焊陽(yáng)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(zhǎng)的增大電流密度峰值降低，氧氣流量對(duì)電流密度峰值的影響較?。欢S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(guò)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(cè)量耦合電弧AA-TIG焊陽(yáng)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(gè)測(cè)量點(diǎn)，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(shí)溫度更為集中。(5)對(duì)耦合電弧AA-TIG的電弧電壓進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)工藝試驗(yàn)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(yīng)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(duì)耦合電弧AA-TIG焊焊縫成形機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析認(rèn)為：耦合電弧AA-TIG焊焊縫熔深增加的機(jī)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(duì)流方式發(fā)生改變，液態(tài)金屬更容易向焊縫底部流動(dòng)，從而顯著的增大了焊縫熔深；而耦合電弧AA-TIG高速焊接時(shí)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