一种铁素体钢用tig焊接双层气流保护装置及焊接方法
【专利摘要】一种具有双层气流保护作用的TIG焊接方法装置及焊接方法，属于焊接领域，其特征在于该装置可安置在任意一TIG焊枪上，并可拆卸重复灵活使用。该装置与TIG焊枪固定配合使用时，与其他气体相连接，焊接时连续通入所需气体，因此在焊接过程中，除TIG焊枪本身提供的惰性气体保护外，在其外层还有其他气体的保护，可方便的获得双层气流保护的效果,该装置主体部分部件1为圆锥形腔体，可节约气体与更加有效保护焊缝。本焊接方法能在焊缝中心更易形成等轴晶，使焊缝获得更大的深宽比，更加有效的防止焊接过程中的氧化问题，避免钨极氧化烧损，并且结构简单紧凑，成本低廉，使用灵活。
【专利说明】一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护装置及焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护装置及焊接方法，属于焊接【技术领域】，适用于TIG焊接，具体涉及一种应用在双层气流保护下的TIG焊接铁素体钢焊接装置及焊接方法的技术方案。
【背景技术】
[0002]TIG焊接技术由于其自身独特的优点，如焊接稳定性好、焊接质量好、无飞溅、易于实现自动化控制和适于薄板焊接等，被广泛的应用于飞机制造、核电、化工、纺织和锅炉等行业。但是TIG焊接也有其不足之处，就是TIG焊熔深浅，难于获得较大的熔深，通常深宽比只有0.2左右，从而限制了其在大厚板焊接的应用。目前针对TIG焊接熔深浅的问题，解决办法主要有真空TIG焊、A-TIG焊和双重气流保护焊等，但是真空TIG焊设备复杂，成本高，并且不适用于大工件的焊接，也在很大程度上限制了其在工业中的普遍应用；而A-TIG焊需要在焊缝处涂敷一层活性剂，才能达到增加熔深的目的，然而对于活性剂的研发配制，不仅增加了焊接成本而且操作不便，降低了焊接效率，并且其深宽比在0.5左右；相比之下，双层气流保护焊接成本更低，操作更简单，易于实现自动化生产，当通入恰当的外层气体时，焊缝成型美观、质量好，焊接电弧稳定，钨极烧损减轻，深宽比明显提高。另外，由于焊接过程中焊缝金属被电弧加热熔化后，随空冷却并且在各方向冷却速率不同，沿板长度方向冷却快，厚度方向冷却慢，从而直接决定了熔池在凝固过程中晶粒沿板长度方向生长速率快于厚度方向，最终在焊缝中形成柱状晶，从而降低了其塑性及韧性。因此，焊接后能直接在焊缝获得等轴晶的焊接方法就十分有意义。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，陆善平，李冬杰，李殿中和李依依等在《焊接学报》2010年第2期上发表的《双层气流保护TIG焊接方法》，该文中提出采用一种双层气流保护焊接方法(该方法已申请专利，专利申请号200810229512.X)，该方法通过改变熔池传热对流模式，使得TIG焊熔池深宽比较普通弧焊深宽比增加2-3倍，同时避免了钨极的氧化烧损，但是其焊缝中没有出现等轴晶。此外，TIG焊在野外施工时，其抗风稳定性差，从而给其在野外施工带来不便。对此的解决办法主要是加防风屏障，这也显得繁琐不便。所以目前现实中急需公开一种制作简单、使用方便的双层气流保护TIG焊接装置及焊接方法，所以开发和研究双层气流保护TIG焊接装置及焊接方法非常有其理论及实际使用价值。
【发明内容】
[0004]本发明一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护装置及焊接方法的目的是为了提供一种操作简单、成本低廉、使用灵活的增加TIG焊接熔深并且在焊缝获得等轴晶粒的双层气流保护TIG焊接装置及焊接方法。该方法是在TIG焊枪上加装一个气体保护装置，以通过连接其它气体实现双层气流保护焊接，以增加熔深，在焊缝区形成等轴晶。
[0005]本发明一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护装置，其特征在于该保护装置以一个不锈钢圆锥形腔体I和一个圆柱形透明罩4相连为主体，上下均为开放状态，上半部分两侧各有一导管分别连接气瓶和压力表，该装置腔体顶端的通气接头2与TIG焊枪相连，连接处设有橡胶圈密封以防止漏气，另一端则置于被焊工件之上，焊接过程中与被焊工件做相对运动，当通气接头2与所需气体相连时，在焊接过程中，通过不断地向气罩内腔通入该气体，便可在TIG本身的惰性保护气流外形成该气体的保护层，实现双层气流保护，能够实时监测装置内腔压力的压力表与压力表接头3相连接，能在焊接过程中观察熔池形态及其流动方式和电弧形貌的透明的圆柱形透明罩4位于本发明不锈钢圆锥形腔体1的下半部分。
[0006]上述一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护TIG焊接装置的焊接方法，其特征在于具体操作方法步骤为:
1)将上述铁素体钢用TIG焊接双层气流保护TIG焊接装置安置在TIG焊枪上；
2)焊接前，用砂纸将被焊工件表面锈迹油污打磨干净露出金属色，然后放置在焊接小车上的工作台上；
3)将步骤1)安装好的TIG焊枪固定于卡具上，通过调节卡具来调节焊枪与步骤2)被焊工件的相对位置，使得相对距离为l_3mm ；
4)设定好内层气体Ar气，气流量10-15L/min和保护装置外层气Ar或N2，流量15-20L/min,焊接速度80-100mm/min,焊接电流数值80-120A,焊接开始时同时启动焊接小车和起弧焊接；
5)焊接结束时同时停止焊接小车和熄弧；
6)熄弧结束后l_2s关闭外层装置气流。
[0007]本发明一种铁素体钢用TIG焊接双层气流保护装置及其焊接方法与现有技术相t匕，具有以下有益效果:
1、结构简单，易于制作。
[0008]2、成本低廉。
[0009]3、使用方便灵活。
[0010]4、将本发明固定在任意一 TIG焊枪上时，通过连接其它所需气体，就能获得双重气流保护的效果。
[0011]5、可以增加熔深，明显地提高焊缝的深宽比，可提高15%以上。
[0012]6、可以在焊缝区形成等轴晶粒。
[0013]7、与目前的双层气流TIG焊相比，该装置安装在TIG焊枪后，可拆卸重复使用，并且避免了对TIG焊枪的特别改造。能在焊接过程中观察熔池形态及其流动方式和电弧形貌，以利于实时监控。
[0014]8、本发明还兼具防风功能，能和TIG焊枪固定与工件做相对运动，方便易操作，易于实现自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明装置的结构示意图
图中的标号为:1.圆锥形气流腔体 2.通气接头
3.压力表接头4.圆柱形透明罩
图2为单层保护气体焊接接头显微组织图图3为双层保护气体焊接接头显微组织图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施案例对本发明进行说明，本实施方式在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施方式。
[0017]对比试验:
被焊工件材料:904铁素体不锈钢,被焊工件尺寸:200_X 60_X 3_
焊机:时代WS-250，钨极:铈钨Φ3.2，保护气体:Ar, 10L/min。
[0018]焊接规范:电极伸出长度3mm,电弧长度2mm,直流正接，Ar气气流量10L/min,焊接电流80A,焊接速度100cm/min。
[0019]焊后，测的焊缝的深宽比为0.46。焊缝为全部的柱状晶(如图2)。
[0020]实施方式1:
该保护装置以一个不锈钢圆锥形腔体I和一个圆柱形透明罩4相连为主体，上下均为开放状态，两侧各有一接头与外界相连，该装置腔体顶端的通气接头2与TIG焊枪相连，连接处设有橡胶圈密封以防止漏气，另一端则置于被焊工件之上，焊接过程中与被焊工件做相对运动，当通气接头2与所需气体相连时，在焊接过程中，通过不断地向气罩内腔通入该气体，便可在TIG本身的惰性保护气流外形成该气体的保护层，实现双层气流保护，能够实时监测装置内腔压力的压力表与压力表接头3相连接，能在焊接过程中观察熔池形态及其流动方式和电弧形貌的透明的圆柱形透明罩4位于本发明不锈钢圆锥形腔体I的下半部分，具体操作方法步骤为:
1)将本发明的双层气体保护装置安置在TIG焊枪上；
2)焊接前，用砂纸将被焊工件表面锈迹油污打磨干净露出金属色，然后放置在焊接小车上的工作台上；
3)将步骤I)安装好的TIG焊枪固定于卡具上，通过调节卡具来调节焊枪与步骤2)被焊工件的相对位置，使得相对距离为2mm ；
4)设定好内层气体Ar气，气流量10L/min和保护装置外层气N2，流量15L/min，焊接速度100cm/min,焊接电流数值80A,焊接开始时同时启动焊接小车和起弧焊接；
5)焊接结束时同时停止焊接小车和熄弧；
6)熄弧结束后2s关闭外层装置气流。
[0021]被焊工件材料:904铁素体不锈钢,被焊工件尺寸:200mmX 60mmX 3mm 焊机:时代WS-250，钨极:铈钨Φ3.2，保护气体=Ar (内)+N2 (外)。
[0022]直流正接，焊后，测的该焊缝的深宽比为0.68。焊缝中心是等轴晶，外侧是柱状晶，根据GB/T 6394-2002截点法测得等轴晶区晶粒平均截距为47.7 μ m。
[0023]实施方式2:
该保护装置以一个不锈钢圆锥形腔体I和一个圆柱形透明罩4相连为主体，上下均为开放状态，两侧各有一接头与外界相连，该装置腔体顶端的通气接头2与TIG焊枪相连，连接处设有橡胶圈密封以防止漏气，另一端则置于被焊工件之上，焊接过程中与被焊工件做相对运动，当通气接头2与所需气体相连时，在焊接过程中，通过不断地向气罩内腔通入该气体，便可在TIG本身的惰性保护气流外形成该气体的保护层，实现双层气流保护，能够实时监测装置内腔压力的压力表与压力表接头3相连接，能在焊接过程中观察熔池形态及其流动方式和电弧形貌的透明的圆柱形透明罩4位于本发明不锈钢圆锥形腔体1的下半部分，其特征在于具体操作方法步骤为:
1)将本发明的双层气体保护装置安置在TIG焊枪上；
2)焊接前，用砂纸将被焊工件表面锈迹油污打磨干净露出金属色，然后放置在焊接小车上的工作台上；
3)将步骤1)安装好的TIG焊枪固定于卡具上，通过调节卡具来调节焊枪与步骤2)被焊工件的相对位置，使得相对距离为3mm ；
4)设定好内层气体Ar气，气流量10L/min和保护装置外层气N2，流量15L/min，焊接速度100cm/min,焊接电流数值100A,焊接开始时同时启动焊接小车和起弧焊接；
5)焊接结束时同时停止焊接小车和熄弧；
6)熄弧结束后Is关闭外层装置气流。
[0024]被焊工件材料:904铁素体不锈钢,被焊工件尺寸:200mmX 60mmX 3mm 焊机:时代WS-250，钨极:铈钨Φ3.2，保护气体:Ar (内)+N2 (外)。
[0025]直流正接，焊后，测的该焊缝的深宽比为0.53。焊缝中心是等轴晶，外侧是柱状晶，根据GB/T 6394-2002截点法测得等轴晶区晶粒平均截距为55.6 μ m0
【权利要求】
1.一种铁素体钢用焊接双层气流保护装置，其特征在于该保护装置以一个不锈钢圆锥形腔体(1)和一个圆柱形透明罩(4)相连为主体，上下均为开放状态，上半部分两侧各有一导管分别连接气瓶和压力表，该装置腔体顶端的通气接头(2)与焊枪相连，连接处设有橡胶圈密封以防止漏气，另一端则置于被焊工件之上，焊接过程中与被焊工件做相对运动，当通气接头(2)与所需气体相连时，在焊接过程中，通过不断地向气罩内腔通入该气体，便可在116本身的惰性保护气流外形成该气体的保护层，实现双层气流保护，能够实时监测装置内腔压力的压力表与压力表接头(3)相连接，能在焊接过程中观察熔池形态及其流动方式和电弧形貌的透明的圆柱形透明罩(4)位于本发明不锈钢圆锥形腔体(1)的下半部分。
2.权利要求1所述一种铁素体钢用焊接双层气流保护装置的焊接方法，其特征在于具体操作方法步骤为: 1)将上述铁素体钢用焊接双层气体保护装置安置在116焊枪上； 2)焊接前，用砂纸将被焊工件表面锈迹油污打磨干净露出金属色，然后放置在焊接小车上的工作台上； 3)将步骤1)安装好的焊枪固定于卡具上，通过调节卡具来调节焊枪与步骤2)被焊工件的相对位置，使得相对距离为1-3！^ ； 4)设定好内层气体紅气，气流量10-1517111111和保护装置外层气紅或凡，流量15-201/旧!!，焊接速度80-100111111/111111，焊接电流数值80-120八，焊接开始时同时启动焊接小车和起弧焊接； 5)焊接结束时同时停止焊接小车和熄弧； 6)熄弧结束后1-28关闭外层装置气流。
3.按照权利要求1所述一种铁素体钢用焊接双层气流保护装置，其特征在于所述圆锥形腔体(1)制造材料为奥氏体不锈钢，圆柱形透明罩(4)制造材料为有机玻璃。
【文档编号】B23K9/167GK104439647SQ201410620266
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】丁敏, 郑勇, 王义臣, 王文先 申请人:太原理工大学