不锈钢填丝GPCA-TIG焊方法研究

摘要

本课题以实验室开发的 GPCA-TIG焊这一优秀的活性焊接方法为基础，引入填充金属，搭建填丝焊接平台，进行SUS304奥氏体不锈钢 GPCA-TIG活性填丝焊接，此外，将高速摄影平台同填丝活性焊接过程相结合，实现焊接过程实时的图像采集，探索填丝活性焊工艺特点，深入研究焊丝熔化过渡行为。这对于推广 GPCA-TIG 活性焊接方法的实际应用及其机理研究具有较大的意义。 首先设计并制作了适用于填丝 GPCA-TIG焊枪的送丝夹具，外连自动 TIG焊送丝机，使填丝 GPCA-TIG焊接方法成为可能。然后进行初步试焊，确定了后期工艺试验的一些基本参数。试焊结果表面，在填丝 GPCA-TIG焊接工艺过程中，送丝方位对焊缝表面成形有着很大的影响，后置送丝时，焊缝成形极不均匀，焊丝熔化不充分，焊道极易被焊丝划伤；采用前置送丝时，焊缝成形均匀美观。氧气流量定为 4L/min 以内，为了保证焊接过程的稳定性，电弧弧长定为 4mm。 然后，选用 SUS304不锈钢作为试验板材，进行了填丝 GPCA-TIG焊接试验，采用控制变量法，研究了焊接电流、焊接速度、送丝速度，内外层气体种类及流量等对奥氏体 304不锈钢填丝 GPCA-TIG焊焊缝成形的影响规律。试验结果表明，填丝GPCA-TIG焊中，焊接电流在140~180A范围内时，焊缝熔深随电流增加而增加，继续增大电流，焊缝熔深开始急剧减少。试验所得最佳电流值为180A。焊接速度增大，焊缝熔深逐渐下降。试验所得最佳焊接速度值为 40mm/min送丝速度对焊缝的熔深和余高影响较大，随着送丝速度的增加，焊缝的熔深逐渐减少，余高逐渐增加。内外层气体只有调整到合适的比例才能得到窄而深的焊缝。试验所得最佳的内层保护气体流量为 10L/min，外层氧气流量为 1L/min。外层气路氮气的引入量在1L/min时，焊缝熔深略有减少，继续增大氮气流量，焊缝熔深开始显著降低。采用填丝 TIG 焊工艺，单道可以焊透 8mm 厚的 304 不锈钢板，而同样参数的 TIG 焊熔深仅为 2.3mm 左右。填丝 GPCA-TIG 焊的电弧电压略高于填丝 TIG焊，电弧并没有明显收缩现象，电弧收缩不是填丝GPCA-TIG焊熔深显著增加的主要原因。 随后，选用填丝 GPCA-TIG焊接试验中的典型试样，对其进行铁素体含量分析，氮氧分析，OM/SEM观测，拉伸，低温冲击以及耐腐蚀性能，系统地研究填丝 GPCA-TIG焊试样的组织性能特点。填丝GPCA-TIG焊焊缝表面存在着一层较薄的氧化层，厚度约为 11.65~19.25μm。填丝 GPCA-TIG 焊焊缝组织主要由奥氏体和骨架状铁素体组成。外层只引入氧气时，相比填丝TIG焊焊缝组织，组织有所粗化；而外层引入氮氧混合气体时，焊缝组织有所细化。外层气路中只通入氧气时，填丝GPCA-TIG焊缝的抗拉强度及屈服强度均略低于填丝TIG焊缝；而外层引入氮氧混合气体时，其屈服强度高于填丝TIG焊38MPa，抗拉强度略有增加。外层气路中只通入氧气时，填丝GPCA-TIG焊缝的低温冲击韧性数值明显低于填丝TIG焊缝，但是仍然可以达到其的83%；而外层引入氮氧混合气体时，焊缝冲击韧性有明显改善，冲击韧性略强于填丝TIG焊。外层气路中只通入氧气时，填丝GPCA-TIG焊缝的电化学耐腐蚀性能略低于填丝TIG焊缝；而外层引入氮氧混合气体时，填丝GPCA-TIG焊缝的电化学耐腐蚀性能有所上升，略高于填丝TIG焊缝。 最后，采用高速摄影平台，对焊接过程中的影像进行实时采集，深入研究填丝 GPCA-TIG焊的焊丝熔化过渡行为及其对焊缝成形的影响规律。试验结果表面，填丝 GPCA-TIG焊主要有两种熔滴过渡形式——滴状过渡和搭桥过渡，滴状过渡时，氧气的引入可以有效地减少熔滴临界过渡直径，焊缝中氧含量较高并且熔深较深，在焊接电流 180A，焊接速度 60mm/min，送丝速度 90cm/min的参数条件下，可以被直接焊透 8mm试板；搭桥过渡时，焊缝氧含量较低，焊缝成形较均匀美观，但是熔深有所下降，同样的参数条件下，熔深只能达到6.21mm左右。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2活性TIG焊方法研究现状

1.3本课题研究内容

第2章 不锈钢填丝GPCA-TIG焊试验系统及研究方法

2.1 试验材料及研究方法

2.2 焊接平台的搭建

2.3 焊丝熔化过渡行为观测平台的搭建

2.4 本章小结

第3章 不锈钢填丝GPCA-TIG焊工艺研究

3.1 主要工艺参数范围的选择

3.2 内外层气体配比对焊缝成形的影响

3.3 其他工艺参数对焊缝成形的影响

3.3 分析和讨论

3.4 本章小结

第4章 填丝GPCA-TIG焊组织性能研究

4.1 焊缝表面氧化层分析

4.2 焊缝微观组织观测

4.3 焊接接头的力学性能测试

4.2 焊接接头的耐腐蚀性能测试

4.4 本章小结

第5章 填丝GPCA-TIG焊焊丝熔化过渡行为研究

5.1 焊丝熔化过渡行为研究

5.2 分析和讨论

5.3 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢

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