一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法，运用传统的惰性气体Ar作为焊接保护气从传统TIG焊枪中喷出，在钨极和工件之间形成稳定燃烧的电弧，同时通过辅助输气系统，将氧化性气体CO2或O2从已稳定的电弧外围输入；获得能量高、挺度好的电弧，增大焊接热输入，相同焊接工艺参数下可以获得比传统TIG焊接熔深更大的焊缝，同时解决钨极在氧化性气体成分下被氧化烧损以及焊缝被氧化的问题。本发明专利技术既能实现改善传统TIG电弧特性的目的，又能利用传统TIG焊接时惰性保护气形成的保护屏障，有效隔离钨极与氧化性成分，避免其氧化烧损。本发明专利技术中的辅助输气系统造价成本低、可调节性好、适应性强。

A Welding Method of Applying Oxidizing Gas to Traditional TIG

The invention relates to a welding method of applying oxidizing gas to traditional TIG, using traditional inert gas Ar as welding protective gas to eject from traditional TIG welding torch, forming stable combustion arc between tungsten pole and workpiece, and importing oxidizing gas CO2 or O2 from the stable arc periphery through auxiliary gas transmission system; obtaining arc with high energy and good stiffness, and increasing it. Welding heat input, under the same welding process parameters, can obtain a weld with greater penetration than traditional TIG welding. At the same time, it can solve the problem of tungsten pole being oxidized under oxidizing gas composition and weld being oxidized. The invention can not only improve the characteristics of traditional TIG arc, but also utilize the protective barrier formed by inert protective gas in traditional TIG welding to effectively isolate tungsten poles and oxidizing components and avoid oxidation burning. The auxiliary gas transmission system of the invention has low cost, good adjustability and strong adaptability.

【技术实现步骤摘要】
一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法
本专利技术涉及提高传统TIG焊缝熔深的一种焊接方法，通过将氧化性气体(O2或者CO2)作为辅助焊接保护气引入传统TIG的氩弧中，改善氩弧的特性，增大焊缝熔深。
技术介绍
传统TIG焊接方法，通常采用氩气作为焊接保护气，又被称为钨极氩弧焊，电弧柔和、焊接质量稳定是其最大优点。但是，氩弧能量密度小、挺度低的特点导致其焊缝熔深浅，焊接速度慢的缺点严重影响了焊接效率，这一直是焊接工程应用中面临的难题，改善传统TIG焊电弧特性，改进传统TIG焊接方法，兼顾TIG焊接方法优点的同时提升其焊接效率一直是广大焊接研究学者的研究方向和目标。通过改变保护气体的种类和保护方式改善传统TIG的电弧特性，对于上述问题是最直接便捷的手段。常用保护气种类中，惰性气体中的He可以替代Ar实现高质量大熔深焊接，但其成本颇高，不易推广；CO2和O2作为氧化性气体，将其直接作为TIG的焊接保护气时易在高温下氧化钨极，即使将其与Ar等惰性气体按一定的比例混合后的混合气体作为TIG的焊接保护气也很难避免钨极的氧化烧损现象，所以其通常无法被用作TIG的焊接保护气体，但其电弧能量高，资源丰富成本低，若能克服其对钨极氧化的危害以及对焊缝氧化的影响，将其应用于传统TIG焊接方法中，这种焊接方法将具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种将氧化性气体引入传统TIG的焊接方法，获得能量高、挺度好的电弧，增大焊接热输入，相同焊接工艺参数下可以获得比传统TIG焊接熔深更大的焊缝，同时解决钨极在氧化性气体成分下被氧化烧损以及焊缝被氧化的问题。该焊接方法在运用惰性气体Ar作为焊接保护气从焊枪中喷出形成稳定燃烧的氩弧的基础上，通过辅助输气系统，将氧化性气体(CO2或O2)从已稳定的氩弧外围输入，因稳定燃烧的氩弧形成一个保护屏障，所以大量的氧化性气体滞留在电弧外围，这在很大程度上减弱了氧化性气体进入电弧内部的可能性，特别是在钨极所在的电弧中心处，这样确保了钨极处于Ar氛围中不被氧化，而在电弧外围的氧化性气体在达到一定温度后发生分解和电离反应，一方面该反应吸收大量的热，促使电弧发生收缩，提高电弧能量密度，提高热输入，提高焊接效率，另一方面，该反应生成的活性组元(O元素)可以在电弧等离子流力的作用下进入熔池中，改变熔池中的活性组元的含量，从而改变Marangoni对流方向从而达到增大熔深的目的。本专利技术的技术方案是：一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法；运用传统的惰性气体Ar作为焊接保护气从传统TIG焊枪1中喷出，在钨极2和工件6之间形成稳定燃烧的电弧7，同时通过辅助输气系统，将氧化性气体CO2或O2从已稳定的电弧7外围输入。在现有的传统TIG焊接设备基础上，搭配一套辅助送气系统实现CO2或O2的输入，上述传统TIG焊接设备包含焊枪1和钨极2，上述辅助送气系统包括气瓶、减压阀、流量计、输气管路、快速接头5、输气喷嘴3和夹持装置4，其中快速接头5、输气喷嘴3和夹持装置4为本专利技术的主要部件，其通过和输气管路、流量计、减压阀、气瓶相连，形成输气通路；减压阀与气瓶出气口连接；流量计接同减压阀相连；输气管路同流量计相连；快速接头5和输气管路相连，输气喷嘴3同快速接头5相连；夹持装置4与输气喷嘴3相连，同时与传统TIG焊枪1相连以实现固定。输气喷嘴3与钨极2水平方向的距离L1控制在5～15mm。输气喷嘴3与钨极2垂直方向的距离L2应大于0mm，即喷嘴3气体出口不能高于钨极2的尖端。输气喷嘴3的气体出口中心应对准氩弧的中心轴线，流经喷嘴3输入氩弧中的氧化性气体从喷嘴3流出的方向同水平轴线夹角a应小于90°，即不能与焊枪1保持平行。焊枪1运动时保持辅助输气系统中的输气喷嘴3同步运动，确保焊接过程中电弧等离子体的组分恒定。输气喷嘴3的方位和角度可以自由调节。具体说明如下：在现有的传统TIG焊接设备基础上，搭配一套辅助输气系统实现CO2或O2的输入，上述辅助输气系统包括气瓶、减压阀、流量计、输气管路、快速接头5、输气喷嘴3、夹持装置4。减压阀与气瓶出气口连接将气瓶内的高压气转换为可以使用的低压气；流量计接同减压阀相连，控制低压气的流量；输气管路同流量计相连，完成一定量的低压气体的输送过程；输气喷嘴3通过快速接头5同输气管路相连，将低压气输送至电弧外围区域；夹持装置4与输气喷嘴3相连，同时与传统TIG焊枪1相连以实现固定。上述系统使用过程中，第一步通过固定螺钉8和定位螺钉10将夹持装置4固定于传统TIG焊枪1上，保证固定螺钉8所在的一侧为焊接方向的反方向；第二步通过定位螺钉10将输气喷嘴3固定于夹持装置4上，实现传统TIG焊接设备同辅助送气系统的连接；第三步通过夹持装置4上的角度调整螺钉9和定位螺钉10配合调节输气喷嘴3的位置和角度，输气喷嘴3与钨极2之间水平方向的距离L1控制在5～15mm，垂直方向的距离L2应大于0mm，从输气喷嘴3流出的气体的方向同水平轴线夹角a小于90°；第四步，将输气喷嘴3用快速接头5和输气管路连接；第五步打开气瓶，再调节减压阀使压力不超过0.5Mpa；第六步通过传统TIG焊接设备完成引弧，在钨极2和工件6之间形成稳定燃烧的电弧7；第七步调节流量计旋钮，控制流量在一定的范围，可控范围在0～10L/min之间，将氧化性气体输入电弧7外围。所述输气系统中气体经过减压阀、流量计通过输气管路至输气喷嘴3，输气喷嘴3与输气管路通过气密性良好的快速接头5紧密结合，确保良好的气密性。所述输气喷嘴3由夹持装置4固定于焊枪1行走方向前端，确保其输出的氧化性气体无法与处于焊接前进方向后部因失去焊接保护气体的保护而使高温焊缝与氧化性气体发生接触而被氧化。所述夹持装置4可以实现对输气喷嘴方位、角度的自由调整以适应不同焊接要求。所述输气喷嘴3能够耐高温。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出的由辅助输气系统输送氧化性气体进入电弧区实现与传统氩气电弧联合焊接的方法，既能实现改善传统TIG电弧特性的目的，又能利用传统TIG焊接时惰性保护气形成的保护屏障，有效隔离钨极与氧化性成分，避免其氧化烧损。2.本专利技术利用多原子氧化性气体的高温分解吸热特性，使该方法焊接时焊接电弧较传统TIG焊接电弧发生收缩，能量集中，提高热输入，利于增大焊接熔深。3.本专利技术中利用由辅助输气系统输送至熔池中的O元素改变表面张力温度梯度系数的正负实现熔池对流模式的转变，促使熔深增大。4.本专利技术中的辅助输气系统与传统TIG焊接设备完全分离，互不干扰，可实现单独调节控制。氧化性气体和惰性气体只在流出各自的喷嘴后才发生接触。5.本专利技术中的辅助输气系统造价成本低、可调节性好、适应性强。附图说明图1为该焊接方法焊接过程中原TIG焊枪1与辅助输气系统组装示意图，箭头所指为焊接方向。图2(a)是运用本专利技术提出的焊接方法在Q235上获得的自熔焊焊缝熔池横截面的金相图。图2(b)是运用传统TIG焊接方法在Q235上获得的自熔焊焊缝熔池横截面的金相图。图3对焊缝熔池的熔深和熔宽进行测量后的统计结果的柱状图；其中：1-焊枪、2-钨极、3-输气喷嘴、4-夹持装置、5-快速接头、6-工件、7-电弧、8-固定螺钉、9-角度调整螺钉、10-定位螺钉。具体实施方式辅助输气系统中各部件之间的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法，其特征是运用传统的惰性气体Ar作为焊接保护气从传统TIG焊枪(1)中喷出，在钨极(2)和工件(6)之间形成稳定燃烧的电弧(7)，同时通过辅助输气系统，将氧化性气体CO2或O2从已稳定的电弧外围输入。

【技术特征摘要】
1.一种将氧化性气体应用于传统TIG的焊接方法，其特征是运用传统的惰性气体Ar作为焊接保护气从传统TIG焊枪(1)中喷出，在钨极(2)和工件(6)之间形成稳定燃烧的电弧(7)，同时通过辅助输气系统，将氧化性气体CO2或O2从已稳定的电弧外围输入。2.如权利要求1所述的方法，其特征是焊枪(1)和钨极(2)为原TIG焊接设备中的部件，焊接保护气氩气流出焊枪，在钨极和工件(6)之间形成稳定燃烧的电弧(7)；输气喷嘴(3)、夹持装置(4)、快速接头(5)为辅助输气系统的主要部件，夹持装置分为两部分，一部分通过固定螺钉(8)和定位螺钉(10)将其固定于原TIG焊枪上，另一部分通过定位螺钉固定在辅助输气系统的输气喷嘴上，夹持装置的两部分之间通过角度调整螺钉(9)实现连接，并通过其实现辅助输气系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：程方杰，赵瑞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12