电弧辅助活性TIG焊焊枪设计及焊接工艺实验

摘要

电弧辅助活性TIG焊，简称AA-TIG（Arc assisted Activating TIG Welding）是一种结合活性TIG焊和双钨极氩弧焊接优点的一种高效焊接方法。其特点在于焊接时二钨极平行至于焊枪内由两台独立电源供电，形成耦合电弧，引入一定量活性气体如O2，可获得熔深显著增加的焊缝形貌。本文选取母材为S30408不锈钢进行电弧辅助活性TIG焊工艺实验，主电弧采用纯氩气保护，辅助电弧采用一定量氧气和氩气的形式保护，主电弧电流值大于辅助电弧电流值，单道次焊缝熔深可达到11.06mm，深宽比可达到1.3以上，相比于普通TIG焊生产效率至少达到5倍以上。
　　本文研究主要内容包括四方面:一、设计制造适用于该焊接法技术特征的焊枪;二、观察电弧辅助活性TIG焊电弧形貌特征;三、研究适用电弧辅助活性TIG焊对焊8mm厚S30408不锈钢焊接工艺，研究钨极间距、弧长、活性气体引入量和电流大小等对焊缝形貌的影响规律获取较好的焊接参数。四、研究焊接主要参数对对接焊缝力学性能的影响。
　　焊枪做为实现焊接过程的重要部件，首先对焊枪进行设计制造，设计要点主要有:两个钨极间相互绝缘，由不同电源提供电流，满足不同程度的电弧耦合;包含两个独立气室，满足不同成分的保护气体对主辅电弧的保护;钨极间距可实现在1mm至12mm间进行无极调节。通过数值模拟分析保护气体在焊枪内的流动行为和组分，进一步优化焊枪结构。通过自行设计制造的焊枪进行电弧形貌观察和对接实验。
　　获取电弧形貌图像分析得出，电弧辅助活性TIG焊耦合电弧不同于普通TIG焊电弧形貌的钟罩形，在二钨极之间下方形成一个明显收缩的“变态”电弧。耦合电弧随着电流分配而靠近于大电流一侧钨极。
　　进行电弧辅助活性TIG焊工艺实验，通过对比普通TIG焊、双钨极TIG焊和电弧辅助活性TIG焊焊缝表面成型和焊缝截面，得出由于电弧辅助活性TIG焊综合了活性TIG焊和双钨极氩弧焊的优点，活性TIG焊能显著增加焊缝熔深和双钨极氩弧焊的电弧压力小，焊缝表现出表面成型良好和熔深较大的特点;通过电弧辅助活性TIG焊点焊实验，研究点焊时间、弧长和电流配比对焊缝成型的影响。
　　通过力学性能测试了电弧辅助活性TIG焊针对S30408不锈钢的对接接头性能，进行了室温下的拉伸实验和-40℃时的低温冲击韧性。实验结果表明，焊接接头的抗拉强度和低温冲击韧性都略低于母材值。参照相应标准进行判定显示，经电弧辅助活性TIG焊的S30408不锈钢焊接接头性能合格。检测对接接头的耐腐蚀性能，结果显示达到焊接接头未出现晶间腐蚀裂纹，达到了国家标准GB/T4334-2008 E法的检测要求。检测焊接接头的塑性，通过背弯面弯实验，未发现有裂纹出现。
　　本论文通过工艺实验和接头相关性能的实验，表明自行设计的电弧辅助活性TIG焊焊枪能够达到焊接工艺参数的要求，电弧辅助活性TIG焊明显的改善了普通TIG焊的焊接熔深浅效率低，改变了活性TIG焊需要涂覆活性剂的工序，易于实现自动化的活性焊接。该方法在设备上沿用了普通TIG焊接设备，只改变了焊枪，生产成本低，有很好的发展前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 基于TIG的高效焊接方法

1．2．1 活性TIG焊方法

1．2．2 复合热源高效焊接法

1．2．3 多电弧焊接方法

1．2．4 双钨极氩弧焊接法发展现状

1．3 电弧辅助活性TIG焊

1．4 焊枪研制现状

1．5 课题研究意义

1．6 课题研究内容

第二章 电弧辅助活性TIG焊焊枪设计

2．1 焊枪设计背景

2．2 电弧辅助活性TIG焊焊枪的设计要求

2．3 焊枪的设计

2．3．1 电弧辅助活性TIG焊焊枪零部件设计

2．4 焊枪实物图

2．5 电弧辅助活性TIG焊钨极设计

2．6 焊枪验证实验

2．7 焊枪的优化改进设计

2．7．1 焊枪零件设计

2．7．2 模拟优化

2．8 本章小结

第三章 电弧辅助活性TIG焊工艺研究

3．1 电弧辅助活性TIG焊法介绍

3．2 实验材料及设备

3．3 电弧辅助活性TIG焊工艺研究

3．3．1 焊接工艺参数

3．3．2 电弧形貌对比

3．3．3 AA-TIG焊与普通TIG焊焊缝形貌对比

3．3．3 实验前后钨极形貌对比

3．4 主要焊接参数对AA-TIG焊焊缝的影响

3．4．1 O2引入量对焊缝熔深、熔宽的影响

3．4．2 二钨极间距对焊缝熔深、熔宽的影响

3．4．3 主辅电弧电流配比对焊缝的影响

3．4．4 焊接速度对焊缝熔深熔宽的影响

3．4．5 电弧弧长对焊缝熔深熔宽的影响

3．5 12mm厚S30408不锈钢AA-TIG焊工艺研究

3．6 焊接熔池形貌

3．7 不锈钢AA-TIG点焊实验

3．8 本章小结

第四章 304不锈钢对接工艺及接头性能分析

4．1 对接实验材料及平台

4．2 接头拉伸性能

4．2．1 实验材料及方法

4．2．2 实验结果及分析

4．3 接头低温冲击性能

4．3．1 实验材料及方法

4．3．2 实验结果及分析

4．4 接头晶间腐蚀性能

4．4．1 实验方法及材料选取

4．4．2 实验结果

4．4．3 实验结果分析

4．5 焊缝面弯实验

4．6 本章结论

结论

参考文献

致谢

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