焊接技术及自动化专科论文41164.doc

不锈钢sus304的a-tig焊接目 录摘 要2abstract3第1章绪论411概述412不锈钢sus304简介413不锈钢sus304冷处理方式及应用4第2章活性tig焊工艺研究621概述622活性tig焊的优缺点623活性tig焊技术必要性的分析624表面活性剂对活性tig焊熔深增加的影响725活性tig焊工艺试验结果及评定82.5.1活性tig焊工艺实验82.5.2试验结果 926本章小节93 结论10参考文献 11摘 要 由于atig焊显著的优点和较高的经济效益，已用于工业生产并得到一定程度的推广。结合进行的sus304钢焊接的相关实验，研究a-tig与其他焊接方法的熔深，表面成型，焊接电压等的变化，综合论述了sus304钢的atig 焊接技术这一新型焊接方法的应用特点和发展前景。关键词： sus304不锈钢；atig焊；熔深；焊接电压；abstract the a-tig welding significant advantages and high economic returns, have been used for industrial production and promotion of a certain extent。 sus304 steel welding of combined experimental and research on a-tig and other penetration of welding methods and surface forming and welding voltage changes, a-tig of the comprehensive exposition sus304 steel welding technology of application of this new welding method for deeper development。key words: sus304 stainless steel；a-tig；fusion penetration ；welding-voltage第1章绪论11概述焊接不锈钢最常用的方法焊接不锈钢最常用的方法是tig（tungsten innert gas welding）。但由于tig电弧能量密度低、穿透能力较差，导致焊接效率低和热输入大。普通tig焊焊接3mm以上的厚大板件时，由于tig钨极载流能力有限，产热量低等原因，需要对焊件进行开坡口，增加了工作量；又需要多层多道施焊，每层间的焊接质量都需要保证，又增加了焊接难度，所以限制了其在实际生产中的应用。a-tig焊是一种简单高效的焊接方法，通过在传统tig焊前将很薄的一层表面活性剂涂敷于待焊焊道表面，然后进行正常焊接，使得焊接熔深显著增加，焊接效率大大提高。12不锈钢sus304简介sus304是日本钢号，其相应标准为jisb8243，相当于我国的0cr18ni9, 是一种18-8系的奥氏体不锈钢，成分为c小于等于0.07,si小于等于1.0,mn小于等于2。0,p、s分别小于等于0.035、0.03,ni在8.0-11.0之间,cr在17.0-19.0之间13不锈钢sus304冷处理方式及应用此处内容太多，与研究内容意义不大，应该主要是焊接性的阐述通常用作冲压垫圈类紧固件。由于其冲压在各部分材料的形变程度各不相同，大约在15%40%之间，因此材料的加工硬化程度也有差异。sus304不锈钢薄板冷加工以后，微观上滑移面及晶界上将产生大量位错，致使点阵产生畸变。畸变量越大时，位错密度越高，内应力及点阵畸变越严重，使金属变形抗力和强度、硬度等随变形程度而增加，塑性指标伸长率、断面收缩率降低。当加工硬化达一定程度时，如继续形变，便有开裂或脆断的危险，成形后其残余应力极易引起工件自爆破裂。在环境气氛作用下，放置一段时间后，工件会自动产生晶间开裂（通常称为“季裂”）。故在sus304不锈钢冲压成形过程中，一般都必须进行工序间的软化退火， 即中间退火，以消除残余应力，降低硬度，恢复材料塑性，以便能进行下一道加工。sus304不锈钢的冷加工,随着预形变量的增加，sus304 不锈钢的屈服强度和抗拉强度增明显提高，硬度值增加，耐塑性下降，产生了明显的加工硬化现象。同时，也可以清楚看出，随着预形变量的增加，试样的屈强比也随之增加，这说明试样的可成形性也会随着冷变形量的增加而降低。经加工硬化的sus304不锈钢可采用高温和低温退火两种方式来恢复塑性，降低硬化程度，并消除或减少残余应力，为了不使材料产生敏化，退火时应避开500850的敏化温度范围。低温退火对sus304不锈钢的屈服强度影响较小，在500以下退火，退火后屈服强度值变化较小，高温退火对试样屈服强度的影响较大，预形变量为15%时在1050下退火后re降到260mpa，rm几乎随退火温度成线性下降，但是变化的幅度比re小得多。同时，试样的维氏硬度值随退火温度的升高而下降。 随着退火温度的升高，试样伸长率明显提高，特别是高温退火状态下， re下降最为明显，达到了完全软化状态。在1050退火（保温5min，快冷）伸长率a、硬度 hv 达到软化的最佳组合。 经不同预形变量的sus304不锈钢薄板高温（1040 -1080 ）短时（5-10min）并快速冷却的退火工艺，组织发生完全再结晶，且晶粒大小较均匀，最适宜紧固件用的垫圈类产品制造，退火软化效果最为明显。第2章活性tig焊工艺研究21概述 a-tig焊是一种简单高效的焊接方法，通过在传统tig焊前将很薄的一层表面活性剂涂敷于待焊焊道表面，然后进行正常焊接，使得焊接熔深显著增加，焊接效率大大提高。同时a-tig焊还可以减小焊接热输入和焊接变形，细化焊缝组织，减小焊接气孔从而提高焊接质量，将a-tig焊这种焊接方法引入到不锈钢的焊接中，竟能克服传统tig焊的缺点，显著增加焊接熔深，从而大大提高生产效率，降低生产成本，具有良好的应用前景。22活性tig焊的优缺点 该方法与传统的tig焊相比，具有三大突出优点：1)焊接熔深大，生产效率高，a-tig焊熔深达到常规tig焊熔深的2-3倍，对板厚10mm的材料无须口，依次焊接完成，生产率提高2-6倍。2)对施焊材料中所含的微量元素不敏感，焊接熔深稳定。3)成本地，应用领域广，易实现自动化焊接。但是对于传统活性tig焊，涂覆工艺复杂以及涂敷量不易精确控制，对其自动化程度有一定影响。23活性tig焊技术必要性的分析a-ig焊的工艺方法的改进之处是在原有tig焊的条件下，焊接前在焊接区材料表面涂上一薄层活性焊剂(厚度不足0。13mm)，此焊剂为无机物粉末和挥发性液体介质(如丙酮等)的混合物，挥发性液体介质挥发后，留下活性焊剂。焊接时在电弧作用下，焊剂蒸发，其中的活性组分直接转移至等离子区，与电弧发生相互作用。而焊剂的蒸发对电极的性能或寿命没有任何负面影响。焊剂可用喷涂、粘帖或刷子刷等方法涂覆。 目前，关于a-tig焊的研究热点主要有两个:一是适用于各种金属材料的表面活性剂的研制和应用;二是表面活性剂增加焊接熔深机理的研究。用a-tig焊开发研究薄板材料的高速焊接技术，以及表面改性和修复技术也是有待开发的一个很重要的应用领域。24表面活性剂对活性tig焊熔深增加的影响 涂敷活性剂可以显著增加tig焊的焊接熔深，是二十世纪六十年代中期乌克兰巴顿焊接研究所（pwi）进行钛合金焊接研究时发现的。所研制的钛合金用活性剂由卤化物组成。乌克兰学者在研究钛合金时的a-tig焊时发现电弧收缩，提出了电弧收缩理论。savitslii和leskov 在用活性剂进行焊接时在水冷铜阳极没有观察到电弧收缩现象，他们考虑到电弧和熔池表面的相互作用，提出了进一步的理论：在tig焊接中，熔池表面的曲率由电弧压力与熔池表面的张力的平衡决定，在有活性元素存在时，熔池的表面张力减小，从而形成了曲率比较大的熔池表面。在之中情况下，电弧压力不能将所金属蒸汽从电弧的中心区域驱散到周边，使得金属整齐早电弧中心区域聚集而金属蒸汽的电离电压降低，从而使电弧收缩hiwse等人利用多元活性剂对不锈钢tig焊、等离子弧焊、co2激光焊电子束焊研究发现，活性剂能显著增加tig焊的焊接熔深，也可以使激光焊的熔深稍有增加，对于等离子焊剂焊缝也有所影响，但对于电子束焊没有影响，从而认为熔深增加的原因是电弧收缩增加熔深主要是由于等离子体收缩造成的。而heiple 和roper用硒作微量元素研究不锈钢gta焊、激光焊和电子束焊时，发现硒元素对gta和激光焊焊缝几何形状产生较大影响，对电子束焊缝几何形状也产生影响，只是与前者比较起来影响较小。而在激光和电子束的穿孔型焊接中，这种影响很小，可以忽略。人们知道，母材中存在的表面活性元素(o、s等)会对焊缝熔深产生影响。他们在比较两者相似性的基础上，提出了表面张力梯度改变理论；tanaka用tio2作为活性剂，对不锈钢tig电弧等离子体进行了光谱测量，在电弧中没有测量到活性剂原子的存在，说明活性剂的蒸发对电弧收缩无影响，对熔池表面温度进行了测量，发现在涂有活性剂时的温度分布较陡，他们认为，这是焊接电弧与熔池表面相互作用的结果。从而认为活性剂增加熔深的原因是因为在活性剂作用下进行焊接时熔池里液态金属表面张力梯度发生了变化所引起的；katayama等人以钨粒子作为示踪原子，用微焦x射线实时成相系统对含s量不同的两种不锈钢进行了定点和移动tig焊熔池行为研究，证实了当含s量较低时在熔池中心的液态金属从熔池底部向熔池表面流动而当含s 量相对较高时金属是从熔池表面向熔池底部流动的，提出了表面张力温度梯度理论美国的m.marya对镁合金的a-tig焊熔深机理进行了研究，发现在卤化物作用下，焊接电压发生变化的同时熔深和熔宽也发生相应变化，指出焊接电压升高引起热输入的增加是熔深和熔宽变化的主要原因。哈尔滨工业大学利用了熔池振荡法对熔池表面进行了测量，利用光谱测量仪测量了a-tig电弧光谱的分布特征。他们认为不同活性剂增加不锈钢熔深的机理不同，sio2增加熔深是电弧等离子体收缩阳极斑点收缩和表面张力温度梯度由负变正共同作用的结果；tio2增加熔深只是表面张力温度梯度由负值变为正值的作用。目前，国际上又出现了用数值模拟的方法对熔深增加机理进行研究的趋势。这一研究主要集中与表面活性元素对marangoni 流和熔池形状的数值模拟。最近，choo和szekely，zzckaria ,david和debroy等人分别采用轴对称模拟计算了aisi304不锈钢表面张力温度梯度和s含量对定点gat焊接熔池形状的影响。在他们的计算中将fe-cr-ni-系简化为fe-s系，而没有考虑ni，cr，元素对s偏聚和活度的影响。在国内，雷水平等人采用电弧和熔池的统一模型控制方程和辅助方程，计算分析了表面活性元素s含量对热表面张力驱动流和熔池形状的影响，认为s质量分数较小时每半个熔池内存在两个相反方向的涡流环路，随着s质量分数的增加向外的流体环路逐渐减弱并消失，而向内的流体环路逐渐增强并扩大，造成了熔池深度的增加兰州理工大学采用了大型商业软件phoenics(parabolic hyperbolic or elliptic numergration integration code series)对在有无活性剂作用下焊接不锈钢时的焊缝熔深增加进行了数值模拟，指出，表面张力温度梯度改变是焊缝熔深增加的主要原因。25活性tig焊工艺试验结果及评定此处篇幅太少2.5.1活性tig焊工艺实验焊接工艺主要包括焊前清理，工艺参数的选择和操作技术等方面。本实验采用的表面活性剂, 氧化物(sio2、cr2o3和tio2)和氟化物(caf2和naf)作为活性剂，分别研究活性剂涂敷量对焊缝成形的影响。实验用不锈钢为304(ocr18ni9),板厚为10mm 。焊接方法采用直流正接tig焊进行工件表面熔焊，焊接规范参数为焊接电流60,焊接速度150mm/min，氩气流量5l/min，弧长1mm，钨极尖端角度30，钨极伸出长度4mm，钨极直径2.0mm。焊前先用丙酮擦拭工件表面以去除表面油污，然后用细钢丝刷刷净，露出金属光泽。将活性剂用丙酮溶解，搅拌成糊状后用毛刷均匀的涂敷在工件表面，以遮盖原有的金属光泽为宜，焊接结束后，分别测量出无活性剂和有活性剂作用时的焊缝熔深和熔宽。2.5.2试验结果 加入焊接效果熔深图1) 对于涂敷了sio2活性剂的焊缝，随着sio2涂敷量的增加，焊道宽度逐渐变窄，弧坑变长变窄变深。焊道后部余高变高,在涂敷活性剂和未涂敷活性剂的交接处，焊道金属堆积多，在所有活性剂中，sio2对焊缝成形作用效果最大。 2) 活性剂naf、cr2o3对焊道成形的影响不明显。随着涂敷量的增加，焊缝宽度变化并不大，弧坑也没有明显变化。与无活性剂的焊缝相比，焊道宽度也没有明显的变化，但弧坑比无活性剂的要大。 3) 随着tio2涂敷量的增加，焊道外观变化不大，弧坑没有明显变化，与无活性剂时相似。但所形成的焊缝表面比较平整规则，没有出现咬边现象，比无活性剂的焊道成形要好。4) 活性剂caf2