【摘要】：結(jié)合GPCA-TIG焊和GTFA-TIG焊,提出了粉末熔池耦合活性TIG焊方法(PPCA-TIG),該方法是一種新型雙層氣體保護并輸送活性劑粉末的活性TIG焊接方法。與以往活性TIG焊接方法相比,最大的不同點在于內(nèi)層通氬氣或其他惰性氣體保護熔池和鎢極,外層通過自動送粉裝置將活性劑粉末送入保護氣體,由保護氣體將其引入電弧-熔池外層區(qū)域,然后與熔池的邊緣低溫區(qū)域耦合,可使得電弧收縮,熔池表面張力溫度系數(shù)改變,顯著增加熔深。該方法可通過選擇合適的活性劑,實現(xiàn)不銹鋼、鋁鎂等各種金屬合金的焊接,又可避免活性劑粉末對鎢極的污染。首先選用工業(yè)中常用的SUS304不銹鋼作為焊接用試驗板材,并選取了典型的氧化物、鹵化物、氟化物和單質(zhì)共7種試劑作為試驗用活性劑。通過與傳統(tǒng)TIG焊對比,研究了不同活性劑對奧氏體304不銹鋼PPCA-TIG焊焊縫成形、電弧形態(tài)、組織以及鎢極燒損的影響規(guī)律,結(jié)果發(fā)現(xiàn):氧化物能使焊縫熔深增加到傳統(tǒng)TIG焊的3倍以上,單質(zhì)碲能使焊縫熔深增加到2.4倍左右,單質(zhì)硅、鹵化物和氟化物增加熔深效果較差;單質(zhì)碲、硅和氧化物、鹵化物、氟化物都能使電弧電壓增大、電弧收縮,氧化物也使熔池馬蘭格尼對流發(fā)生了由外向內(nèi)的改變;PPCA-TIG焊縫組織主要為奧氏體和鐵素體,鐵素體形態(tài)以骨架狀為主;同時采用該方法,可有效避免活性劑粉末對鎢極的污染。選用單組元活性劑中效果最好的SiO_2作為工藝性能試驗用活性劑,分析焊接速度、電弧長度對焊縫表面成形的影響,并采用正交設(shè)計法,研究焊接電流、內(nèi)外層氣體流量、電機轉(zhuǎn)速對焊縫熔深以及焊縫深寬比的影響規(guī)律,對試驗結(jié)果進行優(yōu)化,得到了采用SiO_2活性劑的PPCA-TIG焊最佳工藝參數(shù),最后對其組織、性能進行了分析。試驗結(jié)果表明:焊接電流對焊縫熔深有著非常重要的影響,但對焊縫深寬比幾乎沒有影響;外層氣體流量對焊縫深寬比影響最大,對焊縫熔深影響較小,在試驗范圍內(nèi)焊縫熔深與深寬比同步變化;內(nèi)層氣體流量對焊縫熔深影響比較大,但對焊縫深寬比影響比較小;而電機轉(zhuǎn)速對焊縫熔深和深寬比的影響都比較小,屬于次要因素;在最佳工藝參數(shù)下,PPCA-TIG焊可以不開坡口連續(xù)焊透8mm厚不銹鋼鋼板,在保證焊縫表面成形良好的前提下達到了單面焊雙面成形的效果;PPCA-TIG焊焊縫表現(xiàn)出了良好的塑性變形能力和低溫沖擊韌性。針對SiO_2活性劑顆粒從電弧過渡至熔池金屬的過程,利用靜電探針粉末捕捉技術(shù)結(jié)合SEM/EDS分析得到了活性劑粉末經(jīng)過電弧所發(fā)生的形態(tài)和成分變化,然后采用XRD、SEM、AES、EDS等方法分析了焊縫表面焊渣、表面氧化層和焊縫金屬中的成分分布和相分布,最后利用熱力學計算分析了活性劑與電弧、熔池金屬的反應(yīng)過程,建立了SiO_2活性劑從電弧到熔池金屬的過渡模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn):SiO_2活性劑顆粒進入電弧后經(jīng)過熔化、蒸發(fā)、碰撞結(jié)合后解離出了Si、O原子,其中Si、O原子以氣態(tài)形式存在于電弧中;解離出的Si、O元素進入熔池后,在Cr、Mn、Si等合金元素的作用下,經(jīng)過直接氧化、間接氧化以及最后冷卻時的氧化反應(yīng)共三個階段形成了焊縫表面的氧化層;焊縫表面氧化層主要由大分子架狀結(jié)構(gòu)的SiO_2、密排六方結(jié)構(gòu)的Cr2O3以及具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe3O4、Mn3O4和Fe Cr2O4氧化物組成,這與焊縫金屬的晶體結(jié)構(gòu)差異較大,使得焊縫與焊渣之間結(jié)合力較差、焊縫脫渣性良好;采用SiO_2活性劑的PPCA-TIG焊并不會使焊縫大量增氧、增硅。PPCA-TIG焊設(shè)備簡單、可靠,不需要精密的粉末輸送裝置和氣體配比裝置,可以針對不同焊接板材靈活選用相應(yīng)的活性劑,在外層氣體中引入微量的活性劑粉末就可以成倍的增加熔深,并且焊縫力學性能良好,可實現(xiàn)自動化焊接。因此,PPCA-TIG焊在未來具有廣闊的應(yīng)用前景,本文所做工作,對促進該焊接方法的應(yīng)用和研究具有重要的意義。
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【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG444.74

【參考文獻】

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本文編號：2434584