雙弧焊焊接基本特性與應(yīng)用綜述

1、【摘要】本文概述了熱絲TIG焊工藝方法的原理、優(yōu)點(diǎn)和適用范圍，指出高端工業(yè)部門(mén)對(duì)熱絲TIG焊工藝的需求，詳細(xì)論述了新型熱絲TIG焊工藝方法和參數(shù)，重點(diǎn)介紹了標(biāo)準(zhǔn)型熱絲TIG焊設(shè)備和專(zhuān)用熱絲TIG焊設(shè)備的技術(shù)特性 【關(guān)鍵詞】熱絲TIG焊；工藝參數(shù)；經(jīng)濟(jì)價(jià)值引言：鎢極氬弧焊，在國(guó)際上簡(jiǎn)稱(chēng)TIG焊或GTAW焊。這種焊接方法由于采用惰性氣體保護(hù)，電弧燃燒相當(dāng)穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量十分優(yōu)異，是高端工業(yè)部門(mén)焊接制件和精密零部件首選的焊接工藝方法。其主要缺點(diǎn)是焊接效率低，且只適用于薄壁制件。為克服這一不足，于1956年發(fā)了熱絲TIG焊,英文名稱(chēng)為T(mén)IG hot-wire welding。這種方法首先于世紀(jì)80年代初

2、在美國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中得到成功的應(yīng)用，繼后在世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家推廣應(yīng)用。圖出熱絲TIG焊的實(shí)況照片。它已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)高效的焊接方法，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已得到焊接界人士的普遍重視。1 熱絲TIG 焊的特點(diǎn)熱絲焊的原理：填充焊絲在進(jìn)入熔池之前約510cm 處開(kāi)始，由加熱電源通過(guò)導(dǎo)電塊對(duì)其依靠電阻熱將焊絲加熱到預(yù)定溫度的一種焊接工藝。其特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1 熱絲TIG 焊的最大特點(diǎn)是焊絲的熔敷率高，熔敷速度可比通常所用的冷絲提高2 倍以上（見(jiàn)圖1）；2 焊縫成形美觀，可顯著減少焊縫咬邊的機(jī)率，與冷絲相比，它的熱輸入較均勻，熱影響區(qū)小，可降低焊接接頭的冷淬性。2 熱絲TIG焊工作原理熱絲TIG焊的工

3、作原理見(jiàn)圖2。其中最主要的改進(jìn)是將填充焊絲送入焊接熔池之前由獨(dú)立的電源電阻加熱到接近填充絲的熔化溫度，大大加快了填充絲的熔化度提高了熔敷率，同時(shí)調(diào)整了焊接熔池的熱輸入量，降低了母材的稀釋率，擴(kuò)大了焊接工藝方法的適應(yīng)性和應(yīng)TIG焊接法用于厚壁部件接頭的焊接成為可能。目前，熱絲TIG焊可焊的最大壁厚達(dá)300mm。圖3示出窄間隙熱絲TIG焊厚壁接頭橫截面的宏觀照片。從中可見(jiàn),焊縫橫剖面形狀均整，無(wú)任何焊接缺陷，焊縫組織細(xì)密。3 熱絲TIG焊的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍3.1 熱絲TIG焊與普通冷絲TIG焊相比,熔敷率提高近1倍，如圖4曲線(xiàn)所示。與常用的傳統(tǒng)弧焊方法相比，熱絲TIG焊的熔敷率接近采用相同直徑焊絲的

4、熔化極氣體保護(hù)焊和采用4mm、400A條件下的埋弧焊熔敷率，且大大高于焊條電弧焊和冷絲TIG焊，對(duì)比數(shù)據(jù)詳見(jiàn)圖5曲線(xiàn)；3.2 熱絲TIG焊具有傳統(tǒng)TIG焊的特點(diǎn),電弧穩(wěn)定性高，焊縫成形美觀，可以焊制高級(jí)材料優(yōu)質(zhì)焊縫，且焊接過(guò)程無(wú)飛濺，焊接區(qū)相當(dāng)清潔；3.3 選用合理的熱絲TIG焊焊接工藝參數(shù)可將焊縫的母材稀釋率控制在較低的水平，適用于不銹鋼、鎳基合金的表面堆焊。由于焊接熔池的形狀易于控制，可以完成大多數(shù)形狀制件的表面堆焊，內(nèi)孔堆焊的最小內(nèi)徑為50mm；3.4 對(duì)于常規(guī)的對(duì)接、角接，焊接速度可從手工氬弧焊的20cm/min提高到熱絲TIG焊的80100cm/min；3.5 對(duì)于厚壁接頭，熱絲TI

5、G焊可以利用焊縫表面無(wú)熔渣、焊縫成形均整等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)厚焊件的窄間隙焊。這不僅提高了焊接效率，而且改善了焊縫的質(zhì)量。圖6示出熱絲TIG焊窄間隙焊道的外形，為確保接頭的質(zhì)量創(chuàng)造了先決條件3.6 熱絲TIG焊易于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化，可在厚壁管全位置焊接條件下確保焊道成形良好，因此,也適用于管道安裝焊縫全位置自動(dòng)化熱絲TIG焊，并可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。圖7示出厚壁管對(duì)接接頭熱絲TIG全位置焊的焊接實(shí)況。目前，熱絲TIG焊已在鍋爐、壓力容器、高壓管道、海洋采油裝備、化裝置、航空航天工程和軍械制造等高端工業(yè)部門(mén)用于碳鋼、低合金鋼、高合金鋼、不銹鋼和鎳基合金等重要焊接部件的焊接，但不適用于鋁及其合

6、金、銅及其合金等導(dǎo)電性良好的材料焊接。4熱絲TIG 焊技術(shù)在鍋爐管道中的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中要大量使用鍋爐管道和壓力容器等結(jié)構(gòu)，大型管道鍋爐制造中，厚度較大的鋼板使用越來(lái)越多，而且焊接質(zhì)量要求很高。因此，高質(zhì)量、高效率的窄間隙焊接方法，將成為這一領(lǐng)域中厚板結(jié)構(gòu)焊接的首選技術(shù)。窄間隙熱絲TIG焊在眾多的窄間隙焊接方法中，由于其具有焊接過(guò)程穩(wěn)定可靠、更低的焊接變形、更小的焊接殘余應(yīng)力以及優(yōu)良的接頭機(jī)械性能和卓越的焊縫質(zhì)量等特點(diǎn)，在一些重要的厚壁構(gòu)件焊接中得到越來(lái)越多的關(guān)注和應(yīng)用。TIG 焊系統(tǒng)的構(gòu)成熱絲TIG焊是在普通TIG焊的基礎(chǔ)上增加了系統(tǒng)，即通過(guò)獨(dú)立的焊絲加熱電源和加熱裝置對(duì)焊絲進(jìn)行加熱，使

7、得焊絲在被送入熔池前加熱到300 500 。因此，與冷絲相比，熱絲TIG焊的熔敷率提高兩倍，從而提高了焊接效率。系統(tǒng)設(shè)備主要由鎢極氬弧焊槍、焊接電源、指令控制器、熱絲電源、熱絲送絲機(jī)等組成。若焊接坡口采用窄間隙坡口，由于坡口深而窄，普通焊槍可能伸不到坡口底部，此時(shí)需更換特制的窄間隙焊槍。該種焊槍做成扁平狀，加水冷、自動(dòng)送絲、自動(dòng)提升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，能伸入坡口間隙為10 mm左右的坡口進(jìn)行焊接，目前能焊接的板厚可達(dá)100 mm。在成套窄間隙熱絲TIG焊設(shè)備生產(chǎn)中，法國(guó)POLYSOUDE 公司做得比較好。窄間隙熱絲TIG焊接工藝是一種高效、低耗、優(yōu)質(zhì)的焊接工藝方法， 對(duì)于同壁厚、同直徑的集箱產(chǎn)品， 焊縫

8、面積明顯減小， 從而縮短了焊接時(shí)間， 提高了生產(chǎn)效率。對(duì)于筒身直徑較小、壁厚較大的產(chǎn)品， 由于埋弧焊的熱輸入大， 道間溫度控制較困難， 對(duì)焊縫的力學(xué)性能影響較大， 為保證焊接質(zhì)量， 必須采取?；】販氐拇胧?從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接， 因此小直徑的集箱往往采用手工氬弧焊封底、焊條電弧焊填充蓋面的組合焊接工藝， 但是焊條電弧焊受人為因素影響較大， 焊工的操作水平直接影響焊縫的質(zhì)量。窄間隙熱絲TIG焊與焊條電弧焊工藝相比， 可提高效率30%50%， 與埋弧焊相比， 由于熱輸入較小， 可實(shí)現(xiàn)不停弧連續(xù)焊接， 焊接效率也大大提高。其優(yōu)點(diǎn)包括：( 1) 可以同時(shí)替代傳統(tǒng)的2種或3種組合焊接工藝， 減少了焊接

9、工序轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)；( 2) 由于焊接熱輸入小， 熱影響區(qū)狹小， 焊接接頭沖擊韌性好， 焊后殘余應(yīng)力低， 焊縫中氫含量少， 發(fā)生焊接裂紋的可能性降低；由于焊縫體積小， 所以焊接收縮量小， 焊接變形較??；( 3) 窄間隙焊坡口角度小， 大大節(jié)約了焊接材料和電能消耗， 降低了生產(chǎn)成本。因此， 窄間隙熱絲TIG焊應(yīng)是鍋爐集箱、管道環(huán)縫焊接的發(fā)展方向。該種方法的應(yīng)用很大程度上解決了大型厚壁構(gòu)件的焊接難題。熱絲TIG 焊與傳統(tǒng)焊接工藝方法相比，是一種具有相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的焊接工藝方法，其焊接接頭具有更小的焊接變形、更低的殘余應(yīng)力、更高的抗腐蝕性能，能得到無(wú)裂紋接頭，具有優(yōu)異的接頭機(jī)械性能和焊縫質(zhì)量。與其他窄間隙

10、焊接方法相比，除熔敷效率相對(duì)較低外，在側(cè)壁熔合和接頭的抗裂性等方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。因此在電站、閥門(mén)、轉(zhuǎn)子、海洋結(jié)構(gòu)物及鍋爐管道等重要構(gòu)件的焊接中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，窄間隙熱絲TIG 焊在國(guó)際上已逐漸成為工藝管道焊接的主要技術(shù)手段。因此，盡快開(kāi)展窄間隙熱絲TIG 焊設(shè)備與工藝的研究開(kāi)發(fā)對(duì)焊接領(lǐng)域來(lái)說(shuō)十分必要。5.結(jié)論無(wú)論從效率，質(zhì)量還是使用上來(lái)說(shuō)，熱絲焊工藝都是一次革新，它使TIG 填充焊有了發(fā)展的延伸，它成功的解決了TIG 焊熔敷率不高，速度快時(shí)容易咬邊等缺陷；可以說(shuō)熱絲TIG焊接工藝的出現(xiàn)，是TIG 焊工藝的一個(gè)飛躍，也是TIG 填充焊將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。6. 參考文獻(xiàn)1Kyung S

11、 eun Yoo, Sang Mun Jeong, S ang Done Kim , et al .Regenerat ion of sulf at ed alumina supp ort in C uO/ Al 2O3 s orbent by hydrogen J . Eng. Chem . Res. , 1996, 35( 5) : 15432姜兆華, 孫德智, 邵光杰, 等. 應(yīng)用表面化學(xué)與技術(shù) M . 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2000: 3中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì). 焊接手冊(cè) M . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 19924 Jacobson D T and Jankovsky R S. , Te