专利名称：双钨极氩弧预热重熔焊接方法
技术领域：
本发明涉及一种焊接方法，具体是一种双钨极氩弧预热重熔焊接方法。用于焊接技术领域。
背景技术：
通常的焊接工艺由于工艺自身的因素，在局部快速加热和快速冷却过程中，不可避免地会对工件造成焊接残余应力和焊接变形等影响。这些因素对焊接的生产效率和焊接产品的性能造成了不利影响。焊接变形会使产品尺寸精度的降低而导致装配精度下降，有损工件的外观，使工件之间的接头强度降低。焊接角变形是由于焊接过程中局部加热区域的不同机理所引起的(1)零件的热膨胀取决于温升的程度；(2)温升所引发的屈服强度下降；(3)塑性变形所造成的膨胀松弛或周边部位变形约束所引起的收缩；(4)冷却过程中零件的收缩取决于温升的程度，也就是说，影响角变形的重要因素为局部加热时在板的宽度和厚度方向的温度梯度及其在零件内部所造成的相互约束。
经对现有技术的文献检索发现，Tsai C L等人在《Welding Journal》1999，78(5)156～165上发表的“Welding distortion of a thin plate panelstructure[J]”(薄板结构焊接变形[J].焊接杂志.1999，78(5)156～165)，该文中介绍了预防和消除焊接变形的措施包括在开始焊接之前施加反向变形、焊前预热、通过减少高温区域或减少温度梯度来预防或降低角变形、用焊接夹具约束角变形，热校正或机械校正角变形等。但是，采用上述方法需要的设备和技术会增加劳动强度，降低工艺生产效率。而且由于某些轻合金(如铝合金、镁合金等)的线性热膨胀系数较高，热传导率较好，屈服强度较低，所以这些合金焊接接头的变形通常比钢的焊接接头严重，都面临着焊接变形预防和校正的问题。这就使得开发可用于较宽范围的简单焊接工艺十分必要，特别是在控制这些合金薄板以及中厚板焊接变形方面显得尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种双钨极氩弧预热重熔焊接方法，使其能有效控制和减少焊接角变形。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在焊缝的正面和背面同时施加钨极氩弧焊，正面的称为主焊，背面的称为辅焊，主焊和辅焊在焊接方向上有一定的距离。将焊件固定在行走机构上，上、下两把焊枪对准焊缝，首先正面焊枪在焊件端部引弧施焊，待焊件端部行走至背面焊枪时，背面焊枪引弧施焊，当焊件末端分别到达正面和背面焊枪时，两焊枪先后息弧，焊枪抬起，完成焊接过程。主焊除了有一般的焊接作用以外，同时还起到对背面辅焊的预热作用。辅焊除了有一般的焊接作用以外，同时起到对主焊焊缝背面的重熔作用以及产生反变形的效果，改善了焊缝背面的成型，减少了焊缝的缺陷(如气孔、未焊透、未熔合等)。
主焊焊接电流范围在60-200A，氩气流量为5-20L/min，辅焊焊接电流范围在50-200A，主焊与辅焊焊枪保护气流量为5-20L/min，主焊与辅焊焊枪钨极直径为φ0.8-2.2mm，主焊与辅焊焊枪间距为30-200mm，主焊与辅焊同步焊接速度为5-15mm/s，主焊与辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)范围在50-80°。焊后的角变形量控制在0.1-1.0mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0-1.0mm)。
本发明采用的焊缝接头坡口型式为I型接头型式(不开坡口)，V型坡口接头型式，X型坡口接头型式。在焊接过程中可添加焊丝，也可不添加焊丝。
焊接母材是铝合金，镁合金，钛合金，钢铁材料，以及它们之间组合的异种材质的焊接。
主焊和辅焊可均为手工焊或自动焊；或者主焊为手工焊，辅焊为自动焊；或者主焊为自动焊，辅焊为手工焊。
所使用的焊接电流为交流/直流两用，而且自动/手工两用。
对于不同的母材和不同的焊接工艺，所使用的保护气体分别为氩气、氦气、氮气、二氧化碳气体以及它们的混合气体。具体为钢铁材料可以使用氩气、氦气、氮气、二氧化碳气体以及它们之间的混合气体(根据实际需要采用不同的体积比)；铝合金、镁合金可以使用氩气、氦气、以及它们之间的混合气体(根据实际需要采用不同的体积比)。
采用本发明对镁合金薄板、铝合金薄板和不锈钢薄板进行焊接。其中对于厚度为3.6mm变形镁合金AZ31B板材(试样尺寸为300×100×3.6mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为115mm，正面TIG主焊焊接电流为130A，背面TIG辅焊焊接电流为125A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ1.6mm，两个TIG焊枪焊接速度均为10mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为10L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为65°。焊后测量角变形量为0.5mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0.5mm)。表明采用双钨极氩弧预热-重熔焊接技术能有效地控制和减少了焊接角变形。
本发明的最大优点是在完成正面焊接的同时，正面主焊预热效果还可用于减小在焊接整体预热时产生的局部温度梯度来降低角变形；在主焊后通过背面TIG辅焊反变形效果可以补偿基本焊接工艺过程中产生的变形，以此来减少整体焊接角变形。同时背面辅焊可以对焊缝背面进行重熔，进一步降低劳动强度，提高焊接生产效率和产品尺寸精度。本发明能有效控制和减少焊接角变形，具有很多显著的优点。例如，提高焊接质量、减少焊接施工的劳动强度、增加焊接生产效率、减少能源消耗等。
图1本发明方法原理图具体实施方式
以下结合附图以及本发明方法内容提供以下实施例，实施例采用的焊接装置主要包括主焊焊枪1；辅焊焊枪3；平直轨道调速行走机构4；平直轨道5；脉冲氩弧主焊机6；脉冲氩弧辅焊机7等。其中平直轨道调速行走机构采用直线导轨传动、直流无级调速电机驱动。
将焊件2固定在平直轨道调速行走机构4的铜垫板对焊件起到散热作用上，保证主焊焊枪1和辅焊焊枪3对准焊缝，调整合适的焊枪角度焊枪与焊缝所在平面之间的夹角和焊枪间距，确定焊接速度行走速度、焊接电流和保护气流量等焊接工艺参数。全部参数调整确定后，进行焊接操作。首先正面主焊焊枪1在焊件2端部引弧施焊，待焊件2端部行走至背面辅焊焊枪3时，背面辅焊焊枪3引弧施焊。当焊件末端分别到达正面和背面焊枪时，两焊枪先后息弧，焊枪抬起，完成焊接过程。
在焊接过程中，正面TIG主焊除了完成正常的焊接作用以外，其预热效果用于减小在焊接时产生的局部温度梯度来降低角变形。同时，背面TIG辅焊反变形效果通过补偿基本焊接工艺过程中产生的变形来减少焊件整体的角变形。此外，背面TIG辅焊还能对焊缝背面进行重熔，改善了焊缝背面成型，减少焊接产生的气孔、未焊透、未熔合等缺陷，提高了焊接质量，降低了焊接操作劳动强度。
实施例1厚度为1.6mm变形镁合金AZ31B板材(试样尺寸为300×100×1.6mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为30mm，正面TIG主焊焊接电流为60A，背面TIG辅焊焊接电流为50A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ0.8mm，两个TIG焊枪焊接速度均为15mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为5L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为50°。焊后测量角变形量为0.1mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0.1mm)。
实施例2厚度为3.6mm变形镁合金AZ31B板材(试样尺寸为300×100×3.6mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为115mm，正面TIG主焊焊接电流为130A，背面TIG辅焊焊接电流为125A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ1.6mm，两个TIG焊枪焊接速度均为10mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为10L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为65°。焊后测量角变形量为0.5mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0.5mm)。
实施例3厚度为8mm变形镁合金AZ31B板材(试样尺寸为300×100×8mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为200mm，正面TIG主焊焊接电流为200A，背面TIG辅焊焊接电流为200A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ2.2mm，两个TIG焊枪焊接速度均为5mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为15L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为80°。焊后测量角变形量为1.0mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为1.0mm)。
实施例4厚度为4mm A5083轧制铝合金薄板(试样尺寸为300×100×4mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为115mm，正面TIG主焊焊接电流为130A，背面TIG辅焊焊接电流为125A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ1.6mm，两个TIG焊枪焊接速度均为10mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为10L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为65°。焊后测量角变形量为0.4mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0.4mm)。
实施例5厚度为4mm奥氏体不锈钢304板材(试样尺寸为300×100×4mm，I型接头形式，无间隙，不添加焊丝)，在两个TIG焊枪间距为115mm，正面TIG主焊焊接电流为130A，背面TIG辅焊焊接电流为125A，两个TIG焊枪钨极直径均为φ1.6mm，两个TIG焊枪焊接速度均为5mm/s，两个TIG焊枪氩气流量均为10L/min，主焊和辅焊焊枪角度(焊枪与焊缝所在平面之间的夹角)均为65°。焊后测量角变形量为0.5mm/100mm(即，在每100mm试件宽度上所产生的焊接角变形量为0.5mm)。
权利要求
1.一种双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征在于，在焊缝的正面和背面同时施加钨极氩弧焊，正面的主焊与背面的辅焊在焊接方向上有距离，将焊件固定在行走机构上，上、下两把焊枪对准焊缝，首先正面焊枪在焊件端部引弧施焊，待焊件端部行走至背面焊枪时，背面焊枪引弧施焊，当焊件末端分别到达正面和背面焊枪时，两焊枪先后息弧，焊枪抬起，完成焊接过程。
2.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，主焊焊接电流范围在60-200A，氩气流量为5-20L/min，辅焊焊接电流范围在50-200A，主焊与辅焊焊枪保护气流量为5-20L/min，主焊与辅焊焊枪钨极直径为Ф0.8-2.2mm，主焊与辅焊焊枪间距为30-200mm，主焊与辅焊同步焊接速度为5-15mm/s，主焊与辅焊焊枪角度范围在50-80°，焊后的角变形量控制在0.1-1.0mm/100mm。
3.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，采用的焊缝接头坡口型式为I型接头型式，V型坡口接头型式，X型坡口接头型式，在焊接过程中或者添加焊丝。
4.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，焊接母材是铝合金，镁合金，钛合金，钢铁材料，以及它们之间组合的异种材质。
5.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，主焊和辅焊均为手工焊或自动焊；或者主焊为手工焊，辅焊为自动焊；或者主焊为自动焊，辅焊为手工焊。
6.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，所使用的焊接电流为交流/直流两用，而且自动/手工两用。
7.根据权利要求1所述的双钨极氩弧预热-重熔焊接方法，其特征是，对于各类母材和焊接工艺，所使用的保护气体分别为氩气、氦气、氮气、二氧化碳气体以及它们的混合气体，具体为钢铁材料使用氩气、氦气、氮气、二氧化碳气体以及它们之间的混合气体，铝合金、镁合金使用氩气、氦气、以及它们之间的混合气体。
全文摘要
一种双钨极氩弧预热－重熔焊接方法，其特征在于，在焊缝的正面和背面同时施加钨极氩弧焊，正面的主焊与背面的辅焊在焊接方向上有距离，将焊件固定在行走机构上，上、下两把焊枪对准焊缝，首先正面焊枪在焊件端部引弧施焊，待焊件端部行走至背面焊枪时，背面焊枪引弧施焊，当焊件末端分别到达正面和背面焊枪时，两焊枪先后熄弧，焊枪抬起，完成焊接过程。本发明能有效控制和减少焊接角变形，提高焊接质量、减少焊接施工的劳动强度、增加焊接生产效率、减少能源消耗等。
文档编号B23K33/00GK1613595SQ20041008455
公开日2005年5月11日 申请日期2004年11月25日 优先权日2004年11月25日
发明者丁文斌, 蒋海燕, 姚寿山, 曾小勤, 丁文江, 吴国松 申请人:上海交通大学