[发明专利]全自动熔化极富氩混合气体保护焊单面焊双面成形打底方法

说明书

技术领域

本发明涉及全自动熔化极富氩混合气体保护焊单面焊双面成形打底技术。

背景技术

单面焊双面成形打底工艺是厚板焊接的第一道工序，也是最为困难的工序。其难点在于既要防止未焊透，又要防止烧穿。对于手工的、可采用短路过渡的焊接方法(如半自动CO₂气体保护焊与焊条电弧焊)，实现单面焊双面成形相对容易。这是由于：一方面，因为在短路阶段，电弧力、热效果均减弱，熔池体积不会增大反而趋于降温，同时强劲的电弧等离子流力消失，熔滴的强劲冲击作用也消失，于是减弱的热、力作用都有利于防止烧穿。另一方面，在手工施焊的情况下，焊工能根据熔池大小与流动情况，及时作出各种调整，以防止烧穿。

但是，当采用熔化极富氩混合气体焊(MAG：metal active gas)焊接对低温韧性有高要求的钢结构件时，能掌握这种焊接方法所要求的单面焊双面成形技术的焊工屈指可数。主要问题是极易出现烧穿。申请者认为在这种“富氩+细丝”的特殊条件下，主要原因在于氩气加入使电弧扩张，电弧等离子流力及熔滴对熔池冲击力(尽管体积不大)均增大(特别在持续喷射过渡或断续混有喷射过渡的情况下)，在这强劲的双重冲击力的共同作用下，出现烧穿缺陷。随着人力成本的飙升，手工打底的成本升高，而且效率低下，施工进度难以保证。因此，全自动MAG打底技术亟需攻克。

对于单面焊双面成形技术而言，焊透主要针对钝边而言，烧穿主要针对根部间隙而言，两者恰为矛盾的两个方面。单面焊双面成形时，根部间隙处液态金属因处于悬空状态、温度极高、距离固态钝边较远，则依靠其表面张力平衡外力与重力的效果趋于减弱，防止烧穿的困难增大。当选择的焊接电流较大时，液态金属受重力等作用，易产生背面焊缝下坠、焊瘤、烧穿。若焊接电流选择较小又易产生钝边未焊透现象。目前，单面焊双面成形的工艺有以下三种：脉冲钨极氩弧焊(或恒电流)、焊条电弧焊(常用细焊条)与美国林肯公司开发的表面张力过渡(STT：surface-tension-transfer)打底焊技术。其特点及优缺点分别分析如下。

关于焊条电弧焊的单面焊双面成形操作技术，在中国焊接协会与焊接学会所编的《国际焊工培训》教材中有较为清楚的描述(中国焊接协会与中国机械工程学会焊接学会焊接培训与资格认证委员会编.国际焊工培训(国际焊接学会焊接人员培训与国际资格认证教材).黑龙江人民出版社，2002年.161-167)：焊条电弧焊的单面焊双面成形操作技术有“连弧焊法”与“断弧焊法”两种；其中，断弧焊所用电流大，靠间断提起焊条、短暂灭弧来防止烧穿；连弧焊法的要点可概括如下：细焊条(Φ3.2)、小电流(80～90A)、根部间隙大(3.2～4.0mm)、靠将坡口根部熔化并击穿形成“熔孔”并控制熔孔宽度略大于根部间隙(两侧钝边可各熔化宽度在0.5～1mm左右)保证焊透、小幅锯齿形横向摆动、右焊法。可见，连弧焊在较小的电流下实现焊透是借助于施加摆动时形成的“熔孔”而实现的，防止烧穿是借助细焊丝、小电流形成的小熔池、低温度、快速冷凝实现的。

钨极氩弧焊(TIG)的优点是电弧在小电流情况下也能稳定燃烧，这为TIG用于薄板对接及单面焊双面成形提供了可能。当采用脉冲TIG时，既可利用幅值较大的脉冲电流保证焊透，又可利用幅值较小的维弧电流防止烧穿，这样，借助其更方便的热输入控制，更有利于单面焊双面成形。

采用熔化极气体保护焊的单面焊双面成形的先进工艺当属1993年报道的美国林肯电气公司推出的表面张力过渡(STT)电源与技术(Stava E.K.A new,low-spatter arc welding machine.Welding Journal,1993,72(1):25-29)。STT技术兼具低飞溅短路过渡与脉冲电弧的优点，可用于单面焊双面成形。据报道，STT打底技术已用于我国西气东输工程(郑振永，郭彬.全自动焊技术在西气东输工程中的应用.焊接技术，2003,32(4):25-27)。

上述三种单面焊双面成形工艺的缺点如下：脉冲TIG与连弧焊焊条电弧焊打底工艺的主要缺点在于效率低下；而STT技术因设备投资大限制了其在我国的大面积推广应用。此外，脉冲MAG电源虽也有望用于单面焊双面成形，但电源价格昂贵且不易及时购得。A-TIG因焊缝有增氧现象，不利于接头韧性。