氩-氮-氢三元混合气体保护 TIG 焊工艺可行性分析.pdf

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1、枟自动化与仪器仪表枠２０１６年第３期（总第１９７期）氩－氮－氢三元混合气体保护TIG焊工艺可行性分析晏丽琴，徐宏彤（兰州城市学院培黎工程技术学院甘肃兰州，７３００５０）摘要：针对ＴＩＧ焊焊接质量好，但熔深浅的特点，提出了采用氩－氮－氢三元混合气体保护焊的新工艺。将此类焊接工艺应用于不锈钢的焊接，引入氮气时焊缝的强度提高；引入氢气，利用其电离电压值高以及导热系数大的特点，增加电弧功率，增大焊接熔深。但考虑到氮气和氢气量过多时，均会产生气孔和对焊缝性能等不利影响，对这两种气体的量的控制则至关重要。关键词：三元混合；焊接熔深；焊缝强度中图分类号：ＴＧ４４２文献标识码：ＢＤＯＩ编码：１０．１４０１６

2、／ｊ．ｃｎｋｉ．１００１－９２２７．２０１６．０３．０８１Abstract：Ａｎｏｖｅｌｐｒｏｃｅｓｓａｄｏｐｔｉｎｇｔｒｉ－ｍｉｘｅｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄａｒｇｏｎｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｏｆｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙａｓｗｅｌｌａｓｓｈａｌｌｏｗｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｉｎＴＩＧｗｅｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｗｅｌｄｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ｔｈｅａｒｃｅｆｆｉｅｎｃｙａｎｄｗｅｌｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄａｄｏｐｔｉｎｇｈｙｄｒ

3、ｏｇｅｎａｓｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｈｉｇｈｉｏｎｉｚａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅａｎｄｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｓｏｉｔｗａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅｔｗｏｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｂａｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎａｐｐｅａｒｅｎｃｅｏｆｇａｓｈｏｌｅａｎｄｗｅｌｄｑｕａｌｉｔｙｗｈｅｎｔｏｏｍｕｃｈｇａｓｗａｓａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Keywords：Ｔｒｉ－ｍｉｘｅｄｓｈｉｅｌｄｉｎｇｇａｓ；Ｗｅｌｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ；Ｗｅｌｄｓ

4、ｔｒｅｎｇｔｈ当在氩气的基础上加入氮气时，电弧的收缩较为明显，电０引言压随着氮气含量的增加而上升，但幅度不大。虽然氮气的电工业生产中，对碳钢、不锈钢等母材而言，最常用的熔焊离电压较高，但导热能力有限，所以并未看到电弧电压较大变［１］方法是钨极氩弧焊。作为一种高质量的焊接方法，其单道化，熔深亦无出现明显变化。当Ｎ２的含量为１０％时，熔深仅焊缝熔深较浅在在３ｍｍ以下，且熔敷率低，使得其焊接生产为ＴＩＧ焊熔深的１畅２６倍，熔宽减小至０畅９２倍。电弧燃烧稳率降低。为此有不少文献就在氩气的基础上，引入二元或者定，无明显飞溅，焊缝表面成形良好，横截面形状转变为碗型，三元气体来增大熔深，其中不乏氧化性气体

5、，氢气以及氮气的横截面面积增加，如图１所示。［２－５］应用。但是对于同时引入氢气和氮气这两种气体的ＴＩＧ焊却鲜有报道。提出一种氩－氮－氢三元混合保护气体的焊接工艺，利用氢气特有的物理性能，增加电弧功率；而采用氮气利用其强化作用，进一步在增加熔深的基础上，提高焊缝的力学性能。就其可行性进行研究分析，对于此种焊接工艺的开展有重要意义。１焊接试验过程在氩气中分别加入不同含量的氢气和氮气作为保护气图１不同氮气含量时的电弧形态和焊缝横截面形状对比体，以板厚４ｍｍ的不锈钢ＳＵＳ３０４作为母材。焊接之前严格采用氮氧分析仪，测量焊缝中的氮含量，当氮气含量分别打磨清理，焊接电源采用交直流脉冲ＴＩＧ焊机ＷＳＥ－

6、５００型焊为５％和１０％时，焊缝中氮含量分别为０畅０５％和０畅１％，对于机。分别采用氩－氮和氩－氢混合气体作为保护气体，焊接过引入氮气后的焊缝进行了拉伸试验，结果如表２所示。焊缝程采集焊接电弧形态以及电弧电压，焊后观察焊缝表面成形。的抗拉强度和硬度随着氮气含量的增加而增大，而塑性的下截取一定数量的焊缝，打磨后采用王水腐蚀，观察焊缝横截面降不明显。这是因为氮主要是作为固溶强化元素提高奥氏体的形状以及测量相关尺寸，并对焊缝进行加工并进行相关性不锈钢的强度，而且并不显著损害钢的塑性和韧性，且氮元素能测试。提高强度的作用比碳及其他合金元素强。２氮的作用分析表２氩氮混合气体保护ＴＩＧ焊焊缝性能分析保护

7、气体纯ＡｒＡｒ＋２％Ｎ２Ａｒ＋５％Ｎ２Ａｒ＋１０％Ｎ２为了避免引入过量的氮引起电弧不稳以及飞溅等不利现抗拉强度（ＭＰａ）７０６７１３７１９畅５７２１畅５象，氮的含量控制在１０％以内，采用表１列出的焊接工艺参硬度（Ｈｖ）１７４１８３１９２１９５数施焊。截面收缩率（％）４８畅６４６畅３４４畅３４２畅５表１基本焊接工艺参数的选择电流弧长钨极直径气体流量焊接速度３氢的作用分析Ｉ／ＡＬ／ｍｍΦ／ｍｍ－１－１Ｑ／（Ｌ·ｍ