粉煤灰复合活性剂在A-TIG焊中增加熔深的机理研究

为实现对工业废弃物粉煤灰的剩余价值利用,尝试以粉煤灰作为主要原料制备焊接复合活性剂,并在AZ91镁合金板上进行A-TIG焊.利用焊缝的电特性实时采集、焊接温度场采集、电弧力测试等手段研究活性剂对电弧影响,通过熔池Bi粒子示踪实验探究活性剂对表面张力温度梯度影响.结果 表明:与常规TIG焊相比,粉煤灰复合活性剂可以使焊缝熔深增深1.4倍,熔宽减小,深宽比是常规TIG焊的1.43倍.粉煤灰复合活性剂中氟化物的解离和电离吸热过程、带电粒子的电子扩散和复合过程可以促进电弧收缩,使焊接电压升高,热输入量提高.而活性剂中的氧化物既可以通过对电弧的机械压缩作用强迫电弧收缩,又可以通过电离产生的氧元素实现对熔池液态金属表面张力温度梯度系数的改变,提高熔池中心热输入.A-TIG焊AZ91镁合金熔深增加是电弧收缩理论和表面张力温度梯度改变理论共同作用的结果.     

活性剂涂敷量对A-TIG焊熔深影响的研究

常规TIG焊生产效率低，单道焊可焊厚度小，活性化TIG焊（A-TIG），同常规TIG焊相比可大幅度地提高焊缝熔深，从而提高焊接效率，针对不锈钢材料，通过宏观断面分析方法研究了单一成分的活性剂（SiO2,CaF2,TiO2,Cr2O3和NaF)对焊缝熔深的影响，结果表明：同常规TIG焊相比，上述5种活性剂在涂敷量较小时，焊缝熔深均随活性剂涂敷量的增加而明显增大，氧化物活性剂增加熔深的作用效果大，氟化物的作用效果较小；5种活性剂在熔深增加能力上均有一个饱和点；电弧收缩和熔池表面张力梯度的变化是活性剂增加熔深的主要原因。     

活性剂增加不锈钢A-TIG焊熔深机理研究

目的研究涂敷活性剂条件下1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的熔深增加机理。方法采用B1活性剂,涂敷在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面,进行A-TIG焊试验,分析活性剂对电弧形貌、阳极斑点、电弧电压和焊缝熔深的影响情况。结果涂敷活性剂后,电弧和阳极斑点都发生了收缩,电弧宽度由4.97 mm变为4.12mm,减小了17.1%,阳极斑点长轴长度由9.92 mm变为8.22 mm,短轴长度由4.75 mm变为4.35 mm,电弧电压提高了2.7 V,阳极区和弧柱区收缩,提高了弧柱电场强度;相同参数下,涂敷活性剂后熔宽缩小0.62mm,熔深增加了3.01 mm,显著增加熔深。结论阳极斑点收缩和电弧收缩是活性剂增加不锈钢A-TIG焊熔深的主要原因。     

粉末熔池耦合活性TIG焊接方法

提出了一种新型活性焊接方法——粉末熔池耦合活性TIG焊(Powder pool coupled activating TIG welding,PPCATIG)。该方法采用双层气体进行焊接,内层利用惰性气体保护钨极,外层通过自动送粉装置将活性剂粉末随保护气体送入电弧-熔池区域,增加熔深,提高焊接效率,实现机械化自动化焊接。针对SUS304不锈钢进行了直流正接PPCA-TIG表面熔深,通过与传统TIG焊对比,研究了SiO_2活性剂对电弧形态、焊缝成形、组织和力学性能的影响。结果表明:SiO_2能使电弧等离子体收缩、熔池金属流态改变,并且焊缝熔深能达到传统TIG焊的3倍以上,焊接效率明显提高。焊缝组织主要为奥氏体和铁素体,铁素体形态以骨架状为主。焊缝抗拉强度略低于母材,但相比传统TIG焊,焊缝屈服强度略有提高,其焊缝低温冲击韧性达到了传统TIG焊的96.8%,表现出了良好的力学性能。同时,采用该方法可有效避免活性剂粉末对钨极的污染。     

2219高强铝合金活性TIG焊工艺

采用单组分活性剂(AlF_3和LiF)、3组分(AlF_3+30%LiF+10%KF-AlF_3)和4组分(AlF_3+30%LiF+10%KFAlF_3+10%K_2SiF_6)混合组分活性剂进行2219高强铝合金直流正极性活性TIG焊(DCSP A-TIG),研究4种类型活性剂对焊缝表面成型、焊缝内部质量(气孔)、焊缝熔深、电弧形态、接头组织与力学性能的影响。结果表明:涂覆活性剂有助于去除2219铝合金表面的氧化膜,提高焊缝表面成型质量,涂覆4组分活性剂的DCSP A-TIG焊缝表面成型质量最佳;与变极性TIG焊(VPTIG)焊缝内部质量相比,DCSP A-TIG焊接方法可显著降低2219铝合金焊缝内部气孔的产生;AlF_3单组分活性剂可显著增大焊缝熔深,其电弧形态具有明显的拖弧现象;DCSP A-TIG焊焊缝组织具有与母材相同的组织组成物,电流对A-TIG焊缝组织影响较大,增大焊接电流,会造成接头晶粒组织粗大;涂覆4组分活性剂的DCSP A-TIG接头强度和伸长率最高,与VPTIG焊接头力学性能具有相近的技术指标。2219高强铝合金的DCSP A-TIG焊接方法具有很大的工程应用价值。     

A-TIG焊研究进展及前景展望

对活性化钨极氩弧焊(A-TIG)焊接工艺、活性剂的研发及其在增加焊缝熔深机理等方面的研究做了比较详尽的综述,并指出活性化TIG焊研究过程中存在的问题、发展前景及今后研究方向。认为对活性焊剂增加熔深的机理还有待深入研究,可以利用数值模拟过程结合活性化TIG焊试验深入研究活性焊剂增加焊缝熔深的机理。可以基于A-TIG焊基本思想结合其他方法研发新的活性焊方法。总之,A-TIG焊具有巨大的发展潜力和良好的应用前景。     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

激光-电弧复合焊热源相对位置对焊接接头组织与性能影响规律研究

采用20 mm厚EH36钢板堆焊试验研究了激光-电弧复合焊热源相对位置对焊缝宏观形貌、组织、元素烧损和性能的影响规律。结果表明,与电弧引导激光焊接相比,激光引导电弧焊接的焊缝熔深小、熔宽大、熔合比小、焊道对称性差、合金元素烧损率小、显微硬度相对较低;激光引导电弧焊接时,焊缝区晶粒向熔池表面中心生长、晶粒相对粗大,电弧引导激光焊接时,晶粒向着焊缝中心生长、晶粒相对细小,这主要是由于两种热源相对位置不同使得进入焊缝的总能量和熔池流动方向不同造成的。     

活性剂对铁素体不锈钢A-TIG接头熔深及组织性能研究

目的 选用430铁素体不锈钢作为研究对象,对比研究添加SiO2、TiO2、Cr2O3和未添加活性剂对A-TIG焊接接头显微组织和力学性能的影响。方法 采用3种活性剂涂覆在430铁素体不锈钢上进行A-TIG试验,分析活性剂对接头熔深、组织、性能、元素含量的影响情况。结果 同一焊接工艺参数下,活性剂的加入均能提高焊缝的熔深和深宽比,减少熔宽;其中,SiO2为活性剂时获得了最佳的焊缝几何形貌。同时,对比常规TIG焊接(未添加活性剂)接头的显微组织及力学性能可知,活性剂的加入并未改变焊接接头的显微组织且无新相的生成;活性剂的添加能够细化接头组织,从而使得接头硬度有所提高。结论 活性剂的加入能够显著增加铁素体不锈钢TIG焊缝熔深,改善接头组织,提高接头硬度。     

镁合金钨极氩弧焊活性剂的研究进展

结合镁合金活性钨极氩弧焊焊接工艺(A-TIG)的特点,系统地综述了单质型、卤化物型、氧化物型和复合型活性剂的研究进展。活性剂增加镁合金焊接熔深主要有"电弧收缩"和"表面张力温度梯度改变"两种作用机制。复合型活性剂综合了各类单一不同活性剂的优点,成为目前A-TIG研究的重点。     

高铝粉煤灰活性剂影响TIG电弧行为研究

为了研究高铝粉煤灰作为活性剂对钨极氩弧焊电弧特性的影响规律,继而明确复合成分活性剂调控焊接电弧增加焊缝熔深的机制。基于自行开发的数据采集平台,进行了实时焊接电流、电压、焊接热循环的数据采集;基于霍尔传感器测量了电弧电流密度及其作用半径;用自制的电弧力测量装置,研究了工件表面涂覆活性剂对电弧综合作用力的影响。实验结果说明,涂覆在工件表面的活性剂在高能的等离子弧的作用下将形成复杂气氛,复杂的气氛导致焊接过程中的电弧动态特性及其电弧力产生改变,继而影响焊缝的形貌。     

The mechanism of penetration increase in A-TIG welding

The mechanism of the increasing of A-TIG welding penetration is studied by using the activating flux we developed for stainless steel. The effect of flux on the flow and temperature fields of weld pool is simulated by the PHOENICS software. It shows that without flux, the fluid flow will be outward along the surface of the weld pool and then down, resulting in a flatter weld pool shape. With the flux, the oxygen, which changes the temperature dependence of surface tension grads from a negative value to a positive value, can cause significant changes on the weld penetration. Fluid flow will be inward along the surface of the weld pool toward the center and then down. This fluid flow pattern efficiently transfers heat to the weld root and produces a relatively deep and narrow weld. This change is the main cause of penetration increase. Moreover, arc construction can cause the weld width to become narrower and the penetration to become deeper, but this is not the main cause of penetration increase. The effects of flux on fluid flow of the weld pool surface and arc profiles were observed in conventional TIG welding and in A-TIG welding by using high-speed video camera. The fluid flow behavior was visualized in real-time scale by micro focused X-ray transmission video observation system. The result indicated that stronger inward fluid flow patterns leading to weld beads with narrower width and deeper penetration could be apparently identified in the case of A-TIG welding. The flux could change the direction of fluid flow in welding pool. It has a good agreement with the simulation results.     

Research on the Mechanism of Penetration Increase by Flux in A-TIG Welding

The mechanism of penetration depth increased by activating flux in activating tungsten inert gas (A-TIG) weldingwas studied by measuring the distribution of trace element Bi in the weld and monitoring the change of arc voltageduring A-TIG welding of stain     

Genetic-Algorithm-Based Computational Models for Optimizing the Process Parameters of A-TIG Welding to Achieve Target Bead Geometry in Type 304 L(N) and 316 L(N) Stainless Steels

The weld-bead geometry in 304LN and 316LN stainless steels produced by A-TIG welding plays an important role in determining the mechanical properties of the weld and its quality. Its shape parameters such as bead width, depth of penetration, and reinforcement height are decided according to the A-TIG welding process parameters such as current, voltage, torch speed, and arc gap. Identification of a suitable combination of A-TIG process parameters to produce the desired weld-bead geometry required many experiments, and the experimental optimization of the A-TIG process was indeed time consuming and costly. Therefore it becomes necessary to develop a methodology for optimizing the A-TIG process parameters to achieve the target weld-bead geometry. In the present work, genetic algorithm (GA)-based computational models have been developed to determine the optimum/near optimum process parameters to achieve the target weld-bead geometry in 304LN and 316LN stainless steel welds produced by A-TIG welding.     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。