提高TIG焊效率的方法

提高TIG焊焊接效率的几种方法TIG焊是一种应用很广泛的焊接方法，TIG焊焊接过程稳定并且容易控制，适合各种位置和材料的焊接，焊接效果也比较好，但是它的熔敷率要比其他焊接方法低，所以我们要想办法提高TIG焊的焊接效率，下面就介绍几种提高TIG焊焊接效率的办法。一双极TIG焊，在这种焊接方法中，一个焊枪中有两个相互绝缘的钨极。两个钨极产生两支电弧，并且在洛伦兹力的作用下形成一个大电弧。它的原理图如下：图1双极TIG焊原理图两个钨极之间有陶瓷层以确保绝缘，钨极尖端的距离为1-6mm，每个钨极都形成一个回路，并可以由控制系统单独控制。焊接过程中，弧压是影响焊接质量的一个重要因素，高弧压会加深熔池的凹陷程度，使焊接过程不稳定，降低焊接质量。我们分别测得了传统钨极氩弧焊和双极氩弧焊的弧压，绘制成下面两幅图图2传统单极氩弧焊弧压图3双极氩弧焊弧压从图中可以看出，在相同的焊接条件下，双极氩弧焊的弧压峰值要比单极氩弧焊低得多，而且弧压分布也相对均匀。电弧不仅产生弧压，而且要产生热量融化金属，由于双极氩弧焊有两个钨极，并且分别产生热量，因此双极氩弧焊所需的电压比较低，下面是在相同的电流情况下，双极氩弧焊和单极氩弧焊所分别需要的电压。图4两种焊接方法所需电压在高速TIG焊中，需要提高焊接电流以获得大的熔深，但是这样就会产生额外的弧压，导致焊接过程不稳定，产生焊接缺陷。而双极氩弧焊弧压比较小，这样就会使熔池变形小，焊接过程稳定，进而获得较好的焊接效果。下面是我们使用两种方法分别进行焊接获得的结果。图5传统TIG焊焊接结果图6双极TIG焊焊接结果材料为Q235钢，尺寸为200*50*3mm，焊接电流和速度分别为300A和600mm/min。在焊接开槽厚板时，由于需要大电流，传统氩弧焊会有消耗钨极，焊接过程不稳定，焊接易产生缺陷等缺点。而双极TIG焊由于通过每个钨极的电流小，弧压小，这些问题都会得到较好的解决，下面是两种焊接方法分别得到的焊接结果。图7传统钨极氩弧焊焊接结果图8双极氩弧焊焊接结果焊接材料为Q235钢，尺寸为200*30*6mm，焊接速度为240mm/min。由上所述我们可以看出，双极氩弧焊的焊接质量和速度要明显优于传统钨极氩弧焊。二热丝TIG焊原理：热丝TIG焊与产同TIG焊的区别主要在于将填充焊丝送入焊接熔池之前由独立的电源电阻加热到接近填充焊丝的熔化温度，大大加快了填充丝的融化速度，提高了熔敷率，同时调整了焊接熔池的热输入量，降低了母材的稀释率，扩大了焊接工艺方法的适应性和应用范围。其工作示意图如下：图9热丝TIG焊工作示意图热丝钨极氩弧焊时，由于流过焊丝的电流所产生磁场的影响，电弧产生磁偏吹而沿焊缝作纵向偏摆。为此，用交流电源加热填充焊丝，以减少磁偏吹。在这种情况下，当加热电流不超过焊接电流的60%时，电弧摆动的幅度被限制在30°左右。为了使焊丝加热电流不超过焊接电流的60%，通常焊丝最大直径限为1.2mm。如焊丝过粗，由于电阻小，需增加加热电流，这对防止磁偏吹是不利的。热丝焊接已成功用于碳钢、低合金钢、不锈钢、镍和钛等。对于铝和铜，由于电阻率小，要求很大的加热电流，从而造成过大的电弧磁偏吹和熔化不均匀，所以不推荐热丝焊接。热丝氩弧焊机由以下几部分组成：直流氩弧焊电源，预热焊丝的附加电源通常用交流居多，送进焊丝的送丝机构以及控制、协调这三部分之间的控制电路。为了获得稳定的焊接过程，主电源还可采用低频脉冲电源。在基值电流期间，填充焊丝通入预热电流，脉冲电流期间焊丝熔化。这种方法可以减少磁偏吹。脉冲电流频率可以提高到100Hz左右。一种更为理想的方法是用一台焊接电源来替代焊接电源和附加预热电源。采用一台高速切换的开关电源，以很高的开关频率来熔化和预热焊丝，获得二者统一。热丝TIG焊与其他焊接方法相比，具有以下优点：热丝TIG焊与普通冷丝TIG焊相比，熔敷效率大大提高，如图10所示；2）热丝TIG焊具有传统TIG焊的特点，电弧稳定性高，焊缝成形美观，可以焊制高级材料的的优质焊缝且焊接过程无飞溅，焊接区相当清洁。图11显示的是窄间隙热丝TIG焊厚壁接头横截面的宏观照片。从中可见，焊缝横剖面形状均整，无任何焊接曲线，焊缝组织细密；图10热丝TIG焊与冷丝TIG焊熔敷率的比较图11厚壁接头窄间隙热丝TIG焊焊缝横剖面宏观金相照片3）选用合理的热丝TIG焊焊接工艺参数，可将焊缝的木材稀释率控制在较低的水平，适用于不锈钢镍基合金的表面堆焊。由于焊接熔池的形状易于控制，可以完成大多数形状之间的表面堆焊；4）对于常规的对接、角接，焊接速度可从手工氩弧焊的20cm/min提高到热丝TIG焊的80~100cm/min；5）对于厚壁接头，热丝TIG焊可以利用焊接表面无熔渣、焊缝成形均整等特点，实现厚壁焊件的窄间隙焊。这不仅提高了焊接效率，而且改善了焊缝的质量；6）热丝TIG焊易于实现焊接过程的机械化和自动化，可在厚壁管全位置焊接条件下确保焊道成形良好，因此，也适用于管道安装全位置自动化热丝TIG焊，并可取得较高的经济效益。三超声钨极氩弧复合焊超声钨极氩弧复合焊就是将超声能量直接加入到TIG焊接电弧中，该方法能够在相对较小的焊接电流下获得较高的电弧压力，增加焊接熔深的同时，不会导致因焊接热输入量的增加，而带来的焊接组织粗大及焊缝性能下降等缺陷。下图为复合焊原理图：图12超声钨极氩弧复合焊原理图通过实验测量得到了超声钨极氩弧复合焊的压力分布，与传统氩弧焊对比，得到下图：图13电弧压力分布对比可以看出复合焊的电弧压力明显高于普通钨极氩弧焊，并且更加集中，可以有效地增加熔深。四活性焊剂氩弧焊活性焊剂氩弧焊（A-TIG焊）的工艺方法的改进之处是在原有TIG焊的的条件下，焊接前在焊接区材料表面涂上一薄层活性焊剂，此焊剂为无机物粉末和挥发性液体介质的混合物，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、粘贴货刷子刷等方法涂覆。关于活性焊剂的原理有两种观点：1）一种熔深增加的机理为“电弧压缩”理论。它认为活性焊剂在电弧高温下蒸发后以原子形态包围在电弧周边区域，由于电弧周边区域温度较低,活性焊剂蒸发原子捕捉该区域中的电子形成负离子并散失到周围空间，使电弧中的电子数呈现减少趋势，电弧导电性能减弱，结果造成电弧自动产生压缩,热量集中、电弧力集中，即电弧的压缩可增强阳极焊缝根部的电流密度(1.5~2倍[1])和电弧强度(1.5~2.5倍)，从而使焊接熔深增加。如图所示。图14A-TIG焊的“电弧压缩”机理略图另一种观点认为，在活性焊剂焊接中，熔池金属流动状态对所形成的熔深起到相当大的作用。普通焊接时金属在熔化状态下，其表面张力具有负的温度系数，促使熔池表面形图15熔池表面张力分布与熔池液态金属流动的关系成从熔池中心区域向熔池周边区域的表面张力流，所得到的熔深较浅；当熔池金属中存在某种微量元素(含量达到一定数值以上)或接触到活性气氛时，熔池液态金属的表面张力数值降低并且转变为正的温度系数，从而使熔池金属，形成从熔池周边向着熔池中心区的表面张力流，熔池中心区的电弧热量通过液态金属的流动直接传向熔池底部，使熔池底部的加热效率提高，从而形成更大的熔深。如图15所示。为了知道电弧压缩和熔池表面张力梯度哪一方面的影响更大，甘肃工业大学的樊丁等人对此进行了进一步研究。他们用涂有活性剂的试板进行小功率电子束焊接试验。因为电子束焊没有电弧，不用考虑电弧压缩,故而对电子束来说只有表面张力的作用。试验结果是电子束焊时活性剂的有无对熔深的影响很小，也就初步说明表面张力梯度的变化对熔池熔深增加起的作用很小。性剂确实能够有效地增加焊缝的熔深，减小熔宽。某些活性剂还能提高焊接金属的机械性能。参考文献[1]孙清洁等.超声钨极氩弧复合焊接电弧压力特征研究[J].械工程学报，2011（2）：53-57.[2]张秋平.活性焊剂氩弧焊技术及其应用[J].工艺与材料，2004（6）：57-60.[3]刘红斌等.带活性剂的氩弧焊接(A—TIG)术工艺研究[J].火箭推进，2005（6）：35-41..[4]X.-S.Leng,G.-J.ZhangandL.Wu.Experimentalstudyonimproving