焊接技術(shù)及自動化?？普撐?1164VIP

1、不銹鋼sus304的a-tig焊接目 錄摘 要2abstract3第1章緒論411概述412不銹鋼sus304簡介413不銹鋼sus304冷處理方式及應(yīng)用4第2章活性tig焊工藝研究621概述622活性tig焊的優(yōu)缺點623活性tig焊技術(shù)必要性的分析624表面活性劑對活性tig焊熔深增加的影響725活性tig焊工藝試驗結(jié)果及評定82.5.1活性tig焊工藝實驗82.5.2試驗結(jié)果 926本章小節(jié)93 結(jié)論10參考文獻(xiàn) 11摘 要 由于atig焊顯著的優(yōu)點和較高的經(jīng)濟(jì)效益，已用于工業(yè)生產(chǎn)并得到一定程度的推廣。結(jié)合進(jìn)行的sus304鋼焊接的相關(guān)實驗，研究a-tig與其他焊接方法的熔深，表面成型，

2、焊接電壓等的變化，綜合論述了sus304鋼的atig 焊接技術(shù)這一新型焊接方法的應(yīng)用特點和發(fā)展前景。關(guān)鍵詞： sus304不銹鋼；atig焊；熔深；焊接電壓；abstract the a-tig welding significant advantages and high economic returns, have been used for industrial production and promotion of a certain extent。 sus304 steel welding of combined experimental and research on a-tig

3、and other penetration of welding methods and surface forming and welding voltage changes, a-tig of the comprehensive exposition sus304 steel welding technology of application of this new welding method for deeper development。key words: sus304 stainless steel；a-tig；fusion penetration ；welding-voltage

4、第1章緒論11概述焊接不銹鋼最常用的方法焊接不銹鋼最常用的方法是tig（tungsten innert gas welding）。但由于tig電弧能量密度低、穿透能力較差，導(dǎo)致焊接效率低和熱輸入大。普通tig焊焊接3mm以上的厚大板件時，由于tig鎢極載流能力有限，產(chǎn)熱量低等原因，需要對焊件進(jìn)行開坡口，增加了工作量；又需要多層多道施焊，每層間的焊接質(zhì)量都需要保證，又增加了焊接難度，所以限制了其在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。a-tig焊是一種簡單高效的焊接方法，通過在傳統(tǒng)tig焊前將很薄的一層表面活性劑涂敷于待焊焊道表面，然后進(jìn)行正常焊接，使得焊接熔深顯著增加，焊接效率大大提高。12不銹鋼sus304簡介

5、sus304是日本鋼號，其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)為jisb8243，相當(dāng)于我國的0cr18ni9, 是一種18-8系的奧氏體不銹鋼，成分為c小于等于0.07,si小于等于1.0,mn小于等于2。0,p、s分別小于等于0.035、0.03,ni在8.0-11.0之間,cr在17.0-19.0之間13不銹鋼sus304冷處理方式及應(yīng)用此處內(nèi)容太多，與研究內(nèi)容意義不大，應(yīng)該主要是焊接性的闡述通常用作沖壓墊圈類緊固件。由于其沖壓在各部分材料的形變程度各不相同，大約在15%40%之間，因此材料的加工硬化程度也有差異。sus304不銹鋼薄板冷加工以后，微觀上滑移面及晶界上將產(chǎn)生大量位錯，致使點陣產(chǎn)生畸變。畸變量越大時，

6、位錯密度越高，內(nèi)應(yīng)力及點陣畸變越嚴(yán)重，使金屬變形抗力和強(qiáng)度、硬度等隨變形程度而增加，塑性指標(biāo)伸長率、斷面收縮率降低。當(dāng)加工硬化達(dá)一定程度時，如繼續(xù)形變，便有開裂或脆斷的危險，成形后其殘余應(yīng)力極易引起工件自爆破裂。在環(huán)境氣氛作用下，放置一段時間后，工件會自動產(chǎn)生晶間開裂（通常稱為“季裂”）。故在sus304不銹鋼沖壓成形過程中，一般都必須進(jìn)行工序間的軟化退火， 即中間退火，以消除殘余應(yīng)力，降低硬度，恢復(fù)材料塑性，以便能進(jìn)行下一道加工。sus304不銹鋼的冷加工,隨著預(yù)形變量的增加，sus304 不銹鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度增明顯提高，硬度值增加，耐塑性下降，產(chǎn)生了明顯的加工硬化現(xiàn)象。同時，也可以清

7、楚看出，隨著預(yù)形變量的增加，試樣的屈強(qiáng)比也隨之增加，這說明試樣的可成形性也會隨著冷變形量的增加而降低。經(jīng)加工硬化的sus304不銹鋼可采用高溫和低溫退火兩種方式來恢復(fù)塑性，降低硬化程度，并消除或減少殘余應(yīng)力，為了不使材料產(chǎn)生敏化，退火時應(yīng)避開500850的敏化溫度范圍。低溫退火對sus304不銹鋼的屈服強(qiáng)度影響較小，在500以下退火，退火后屈服強(qiáng)度值變化較小，高溫退火對試樣屈服強(qiáng)度的影響較大，預(yù)形變量為15%時在1050下退火后re降到260mpa，rm幾乎隨退火溫度成線性下降，但是變化的幅度比re小得多。同時，試樣的維氏硬度值隨退火溫度的升高而下降。 隨著退火溫度的升高，試樣伸長率明顯提高，

8、特別是高溫退火狀態(tài)下， re下降最為明顯，達(dá)到了完全軟化狀態(tài)。在1050退火（保溫5min，快冷）伸長率a、硬度 hv 達(dá)到軟化的最佳組合。 經(jīng)不同預(yù)形變量的sus304不銹鋼薄板高溫（1040 -1080 ）短時（5-10min）并快速冷卻的退火工藝，組織發(fā)生完全再結(jié)晶，且晶粒大小較均勻，最適宜緊固件用的墊圈類產(chǎn)品制造，退火軟化效果最為明顯。第2章活性tig焊工藝研究21概述 a-tig焊是一種簡單高效的焊接方法，通過在傳統(tǒng)tig焊前將很薄的一層表面活性劑涂敷于待焊焊道表面，然后進(jìn)行正常焊接，使得焊接熔深顯著增加，焊接效率大大提高。同時a-tig焊還可以減小焊接熱輸入和焊接變形，細(xì)化焊縫組織

9、，減小焊接氣孔從而提高焊接質(zhì)量，將a-tig焊這種焊接方法引入到不銹鋼的焊接中，竟能克服傳統(tǒng)tig焊的缺點，顯著增加焊接熔深，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，具有良好的應(yīng)用前景。22活性tig焊的優(yōu)缺點 該方法與傳統(tǒng)的tig焊相比，具有三大突出優(yōu)點：1)焊接熔深大，生產(chǎn)效率高，a-tig焊熔深達(dá)到常規(guī)tig焊熔深的2-3倍，對板厚10mm的材料無須口，依次焊接完成，生產(chǎn)率提高2-6倍。2)對施焊材料中所含的微量元素不敏感，焊接熔深穩(wěn)定。3)成本地，應(yīng)用領(lǐng)域廣，易實現(xiàn)自動化焊接。但是對于傳統(tǒng)活性tig焊，涂覆工藝復(fù)雜以及涂敷量不易精確控制，對其自動化程度有一定影響。23活性tig焊技術(shù)必要性

10、的分析a-ig焊的工藝方法的改進(jìn)之處是在原有tig焊的條件下，焊接前在焊接區(qū)材料表面涂上一薄層活性焊劑(厚度不足0。13mm)，此焊劑為無機(jī)物粉末和揮發(fā)性液體介質(zhì)(如丙酮等)的混合物，揮發(fā)性液體介質(zhì)揮發(fā)后，留下活性焊劑。焊接時在電弧作用下，焊劑蒸發(fā)，其中的活性組分直接轉(zhuǎn)移至等離子區(qū)，與電弧發(fā)生相互作用。而焊劑的蒸發(fā)對電極的性能或壽命沒有任何負(fù)面影響。焊劑可用噴涂、粘帖或刷子刷等方法涂覆。 目前，關(guān)于a-tig焊的研究熱點主要有兩個:一是適用于各種金屬材料的表面活性劑的研制和應(yīng)用;二是表面活性劑增加焊接熔深機(jī)理的研究。用a-tig焊開發(fā)研究薄板材料的高速焊接技術(shù)，以及表面改性和修復(fù)技術(shù)也是有待開

11、發(fā)的一個很重要的應(yīng)用領(lǐng)域。24表面活性劑對活性tig焊熔深增加的影響 涂敷活性劑可以顯著增加tig焊的焊接熔深，是二十世紀(jì)六十年代中期烏克蘭巴頓焊接研究所（pwi）進(jìn)行鈦合金焊接研究時發(fā)現(xiàn)的。所研制的鈦合金用活性劑由鹵化物組成。烏克蘭學(xué)者在研究鈦合金時的a-tig焊時發(fā)現(xiàn)電弧收縮，提出了電弧收縮理論。savitslii和leskov 在用活性劑進(jìn)行焊接時在水冷銅陽極沒有觀察到電弧收縮現(xiàn)象，他們考慮到電弧和熔池表面的相互作用，提出了進(jìn)一步的理論：在tig焊接中，熔池表面的曲率由電弧壓力與熔池表面的張力的平衡決定，在有活性元素存在時，熔池的表面張力減小，從而形成了曲率比較大的熔池表面。在之中情況下

12、，電弧壓力不能將所金屬蒸汽從電弧的中心區(qū)域驅(qū)散到周邊，使得金屬整齊早電弧中心區(qū)域聚集而金屬蒸汽的電離電壓降低，從而使電弧收縮hiwse等人利用多元活性劑對不銹鋼tig焊、等離子弧焊、co2激光焊電子束焊研究發(fā)現(xiàn)，活性劑能顯著增加tig焊的焊接熔深，也可以使激光焊的熔深稍有增加，對于等離子焊劑焊縫也有所影響，但對于電子束焊沒有影響，從而認(rèn)為熔深增加的原因是電弧收縮增加熔深主要是由于等離子體收縮造成的。而heiple 和roper用硒作微量元素研究不銹鋼gta焊、激光焊和電子束焊時，發(fā)現(xiàn)硒元素對gta和激光焊焊縫幾何形狀產(chǎn)生較大影響，對電子束焊縫幾何形狀也產(chǎn)生影響，只是與前者比較起來影響較小。而在

13、激光和電子束的穿孔型焊接中，這種影響很小，可以忽略。人們知道，母材中存在的表面活性元素(o、s等)會對焊縫熔深產(chǎn)生影響。他們在比較兩者相似性的基礎(chǔ)上，提出了表面張力梯度改變理論；tanaka用tio2作為活性劑，對不銹鋼tig電弧等離子體進(jìn)行了光譜測量，在電弧中沒有測量到活性劑原子的存在，說明活性劑的蒸發(fā)對電弧收縮無影響，對熔池表面溫度進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)在涂有活性劑時的溫度分布較陡，他們認(rèn)為，這是焊接電弧與熔池表面相互作用的結(jié)果。從而認(rèn)為活性劑增加熔深的原因是因為在活性劑作用下進(jìn)行焊接時熔池里液態(tài)金屬表面張力梯度發(fā)生了變化所引起的；katayama等人以鎢粒子作為示蹤原子，用微焦x射線實時成相系

14、統(tǒng)對含s量不同的兩種不銹鋼進(jìn)行了定點和移動tig焊熔池行為研究，證實了當(dāng)含s量較低時在熔池中心的液態(tài)金屬從熔池底部向熔池表面流動而當(dāng)含s 量相對較高時金屬是從熔池表面向熔池底部流動的，提出了表面張力溫度梯度理論美國的m.marya對鎂合金的a-tig焊熔深機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在鹵化物作用下，焊接電壓發(fā)生變化的同時熔深和熔寬也發(fā)生相應(yīng)變化，指出焊接電壓升高引起熱輸入的增加是熔深和熔寬變化的主要原因。哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用了熔池振蕩法對熔池表面進(jìn)行了測量，利用光譜測量儀測量了a-tig電弧光譜的分布特征。他們認(rèn)為不同活性劑增加不銹鋼熔深的機(jī)理不同，sio2增加熔深是電弧等離子體收縮陽極斑點收縮和表面張

15、力溫度梯度由負(fù)變正共同作用的結(jié)果；tio2增加熔深只是表面張力溫度梯度由負(fù)值變?yōu)檎档淖饔?。目前，國際上又出現(xiàn)了用數(shù)值模擬的方法對熔深增加機(jī)理進(jìn)行研究的趨勢。這一研究主要集中與表面活性元素對marangoni 流和熔池形狀的數(shù)值模擬。最近，choo和szekely，zzckaria ,david和debroy等人分別采用軸對稱模擬計算了aisi304不銹鋼表面張力溫度梯度和s含量對定點gat焊接熔池形狀的影響。在他們的計算中將fe-cr-ni-系簡化為fe-s系，而沒有考慮ni，cr，元素對s偏聚和活度的影響。在國內(nèi)，雷水平等人采用電弧和熔池的統(tǒng)一模型控制方程和輔助方程，計算分析了表面活性元素

16、s含量對熱表面張力驅(qū)動流和熔池形狀的影響，認(rèn)為s質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時每半個熔池內(nèi)存在兩個相反方向的渦流環(huán)路，隨著s質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加向外的流體環(huán)路逐漸減弱并消失，而向內(nèi)的流體環(huán)路逐漸增強(qiáng)并擴(kuò)大，造成了熔池深度的增加蘭州理工大學(xué)采用了大型商業(yè)軟件phoenics(parabolic hyperbolic or elliptic numergration integration code series)對在有無活性劑作用下焊接不銹鋼時的焊縫熔深增加進(jìn)行了數(shù)值模擬，指出，表面張力溫度梯度改變是焊縫熔深增加的主要原因。25活性tig焊工藝試驗結(jié)果及評定此處篇幅太少2.5.1活性tig焊工藝實驗焊接工藝主要包括焊

17、前清理，工藝參數(shù)的選擇和操作技術(shù)等方面。本實驗采用的表面活性劑, 氧化物(sio2、cr2o3和tio2)和氟化物(caf2和naf)作為活性劑，分別研究活性劑涂敷量對焊縫成形的影響。實驗用不銹鋼為304(ocr18ni9),板厚為10mm 。焊接方法采用直流正接tig焊進(jìn)行工件表面熔焊，焊接規(guī)范參數(shù)為焊接電流60,焊接速度150mm/min，氬氣流量5l/min，弧長1mm，鎢極尖端角度30，鎢極伸出長度4mm，鎢極直徑2.0mm。焊前先用丙酮擦拭工件表面以去除表面油污，然后用細(xì)鋼絲刷刷凈，露出金屬光澤。將活性劑用丙酮溶解，攪拌成糊狀后用毛刷均勻的涂敷在工件表面，以遮蓋原有的金屬光澤為宜，焊

18、接結(jié)束后，分別測量出無活性劑和有活性劑作用時的焊縫熔深和熔寬。2.5.2試驗結(jié)果 加入焊接效果熔深圖1) 對于涂敷了sio2活性劑的焊縫，隨著sio2涂敷量的增加，焊道寬度逐漸變窄，弧坑變長變窄變深。焊道后部余高變高,在涂敷活性劑和未涂敷活性劑的交接處，焊道金屬堆積多，在所有活性劑中，sio2對焊縫成形作用效果最大。 2) 活性劑naf、cr2o3對焊道成形的影響不明顯。隨著涂敷量的增加，焊縫寬度變化并不大，弧坑也沒有明顯變化。與無活性劑的焊縫相比，焊道寬度也沒有明顯的變化，但弧坑比無活性劑的要大。 3) 隨著tio2涂敷量的增加，焊道外觀變化不大，弧坑沒有明顯變化，與無活性劑時相似。但所形成的焊縫表面比較平整規(guī)則，沒有出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象，比無活性劑的焊道成形要好。4) 活性劑caf2對焊道成形影響較