一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺及其应用制造技术

本发明专利技术涉及TIG表面堆焊技术领域，具体涉及一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺及其应用，所述方法包括：(1)焊前预处理：对工件待焊区域进行油污清理、除锈。(2)工件装夹：将两块步骤(1)中处理后的工件装夹在能够匀速移动的工作台上。(3)施焊：采用喷嘴侧壁双送丝TIG焊枪，按照两焊丝沿着焊接方向纵列的方式将焊枪布置在工件待焊区域上部，两焊丝分别从钨极前后侧穿过电弧进入熔池的前部和尾部，进行堆焊。本发明专利技术的堆焊工艺根据焊接电流大小适当匹配两焊丝的送丝速度，在焊丝和工件间合理分配电弧热量，最大限度地提高焊丝熔化量并降低工件熔化量，实现低至10～14％的稀释率，且熔敷速度、焊接速度快、电弧能量的利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺及其应用
本专利技术涉及TIG表面堆焊
，具体涉及一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺及其应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，广泛应用于各个工业部门的零件制造及再制造中。常用堆焊方法有钨极氩弧(TIG)焊、埋弧焊(SAW)、带极电渣焊、熔化极气体保护焊(GMAW)、激光焊或电子束焊。SAW堆焊、带极电渣堆焊和GMAW堆焊具有堆焊速度快、效率高的优点，但由于热输入大、成型精度差，不适用于小型部件的堆焊，仅适合尺寸较大的工件。激光熔敷和电子束熔敷虽然能够保障良好的成型精度，但是焊接设备昂贵，成本高，工业中的应用也有限。TIG堆焊是小型精密零部件的首选堆焊方法。目前常用的TIG堆焊工艺为冷丝TIG堆焊和热丝TIG堆焊，冷丝TIG堆焊的熔敷速度和焊接速度低、电弧能量利用率小，而且稀释率很高，通常需要堆焊多层才能满足使用要求，导致这种堆焊方法效率低、成本高。在2kW～4kW的电弧功率下，热丝TIG焊熔敷速度可达20～50g/min，焊接速度可达0.2～0.6m/min，熔敷速度和焊接速度均比冷丝TIG堆焊提高1倍以上。然而这种方法需要利用一个附加的热源来加热焊丝，这显著增加了焊接设备成本；而且焊枪上需要安装一个加热焊丝的导电嘴，导致焊枪结构复杂、体积大，这限制了其灵活性和可达性，不适合机器人操作。另外，热丝电流产生的磁场还易导致磁偏吹，影响了工艺的稳定性。更重要的是，本专利技术人研究发现：热丝TIG焊中熔敷速度和焊接速度的增大依靠的是外加热丝电源的能量，电弧的能量大部分用来加热工件，导致工件的熔深大，进而导致堆焊层的稀释率大，工件表面通常也需要堆焊2～3层才能满足使用要求，这使这种工艺的成本显著提高、效率显著降低。
技术实现思路
基于上述的研究，开发既能保证焊接速度快、熔敷速度高、电弧能量利用率大，又能保证稀释率低的新型TIG堆焊工艺是必要的。为此，本专利技术提供一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺及其应用。本专利技术的堆焊工艺能够通过合适匹配前后两根焊丝的送丝速度与焊接电流之间的关系，有效控制焊丝和工件的熔化量，实现低至10～14％的稀释率，且焊接速度大，在不采用附加热丝电源的条件下达到热丝TIG堆焊的熔敷速度。具体地，为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下所示：本专利技术的第一方面，提供了一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺，包括如下步骤：(1)焊前预处理：对工件待焊区域进行油污清理、除锈。(2)工件装夹：将两块步骤(1)中处理后的工件装夹在能够匀速移动的工作台上。(3)施焊：采用喷嘴侧壁双送丝TIG焊枪，焊丝由前焊丝和后焊丝组成，按照两焊丝沿着焊接方向纵列的方式将焊枪布置在工件待焊区域上部，前焊丝和后焊丝分别从焊枪喷嘴的前、后侧壁进入钨极两侧，然后穿过电弧进入熔池的前部和尾部，进行堆焊。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(1)中，所述工件之厚度为4～6mm，所述预处理范围包括整个堆焊区域及其周围20mm宽的区域，以防止含氢物质进入电弧和熔池。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(2)中，所述工作台的移动速度为0.1～3.0m/min。随着工作台的移动，焊枪相对于工件向前运动，完成工件的堆焊。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述喷嘴与工件之间的垂直距离(L)为7～9mm。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述前焊丝、后焊丝与钨极尖端锥面的间距ld均控制在1.2～1.6mm。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述钨极直径为3.2mm，焊丝直径为1.2mm。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，焊接速度为0.5～0.8m/min。在本专利技术的一些实施方式中，步骤(3)中，所述前焊丝、后焊丝与钨极轴线间的夹角均为20°，钨极端部磨制成40°的锥形，以使钨极锥面与焊丝平行，调整钨极伸出长度，使钨极锥面与焊丝之间保持1.2～1.6mm的间距，在保证吸收钨极下方电弧热量的同时，有效防止焊丝在焊接过程中与钨极接触，导致相互污染。优选地，步骤(3)中，焊接电流(I)为190～250A，电弧弧长(钨极端部到工件的距离)为4～5mm。优选地，步骤(3)中，所述前焊丝送丝速度(νL)为νL＝55+k1×Icm/min，所述k1＝0.5～0.7；后焊丝送丝速度(νT)为νT＝1.3νLcm/min(最大值)，所述I为步骤(3)中的焊接电流，其单位为A。由于后焊丝的下面有更多的高温液态金属，焊接过程中接受的热量多于前焊丝，熔滴的过渡频率和熔化速度要快于前焊丝，因此，在本专利技术中，为了有效提高焊丝送丝速度、减低堆焊层稀释率，设定后焊丝送丝速度要高于前焊丝。通过按照上述送丝速度的关系式确定前焊丝送丝速度并匹配后焊丝送丝速度，既能够有效控制熔滴过渡过程，获得良好焊缝成形；又可适当控制焊丝和母材熔化量，将母材对焊缝的稀释率控制在很低的水平。如果送丝速度小于该范围，熔化的母材量增大，稀释率增大；而送丝速度过大，母材得到的热量过小，熔池金属在工件表面铺展不均匀，焊道易出现驼峰缺陷，甚至导致熔断的固体焊丝夹杂在焊道中的现象。本专利技术的第二方面，公开所述低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺在低碳钢和低合金钢管道、容器、阀门及类似结构件等的堆焊中的应用。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过控制前后焊丝的送丝速度与焊接电流之间的特定关系，调配电弧热在焊丝和母材上的分配，最大限度地增大焊丝的熔化量并降低母材熔化量，在有效控制熔池和熔滴过渡行为、获得良好焊缝成形的基础上，降低母材对堆焊层的稀释率，在高达0.8m/min的焊接速度下获得稀释率低至10～14％的优质TIG堆焊焊缝。另外，与目前普遍采用的热丝TIG堆焊相比，焊接过程中，熔化焊丝的热量完全来自于电弧自身，而不必利用外加热丝电源。焊丝被高温喷嘴、钨极极区及弧柱的热量预热，在到达熔池之前就被加热到很高的温度，电弧能量的利用率显著提高。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1是本专利技术一些实施例中采用的侧壁双送丝TIG焊枪及其在工件上方的布置示意图。图2为本专利技术第一实施例得到的单层多道堆焊焊缝形貌图(左图)和对应的多道堆焊焊缝横截面图(右图)。图3为本专利技术第一对比例得到的单道焊缝形貌图。图4为本专利技术第二对比例得到的单道焊缝形貌图。图5为本专利技术第三对比例得到的单道焊缝形貌图。图6为本专利技术第四对比例得到的单道焊缝形貌图(左图)及焊缝横截面图(右图)。图7为本专利技术第五对比例得到的单道焊缝形貌图(左图)和焊缝横截面图(右图)。图8为本专利技术第五对比例得到的单层多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺，其特征在于，包括步骤：/n(1)焊前预处理：对工件待焊区域进行清理；/n(2)工件装夹：将两块步骤(1)中处理后的工件装夹在能够匀速移动的工作台上；/n(3)施焊：采用喷嘴侧壁双送丝TIG焊枪，焊丝由前焊丝和后焊丝组成，按照两焊丝沿着焊接方向纵列的方式将焊枪布置在工件待焊区域上部，前焊丝和后焊丝分别从焊枪喷嘴的前、后侧进入钨极两侧，然后穿过电弧进入熔池的前部和尾部，进行堆焊。/n

【技术特征摘要】
1.一种低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺，其特征在于，包括步骤：
(1)焊前预处理：对工件待焊区域进行清理；
(2)工件装夹：将两块步骤(1)中处理后的工件装夹在能够匀速移动的工作台上；
(3)施焊：采用喷嘴侧壁双送丝TIG焊枪，焊丝由前焊丝和后焊丝组成，按照两焊丝沿着焊接方向纵列的方式将焊枪布置在工件待焊区域上部，前焊丝和后焊丝分别从焊枪喷嘴的前、后侧进入钨极两侧，然后穿过电弧进入熔池的前部和尾部，进行堆焊。


2.根据权利要求1所述的低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺，其特征在于，步骤(3)中，焊接电流为190～250A，电弧弧长为4～5mm；
优选地，步骤(3)中，所述前焊丝送丝速度为：νL＝55+k1×Icm/min，所述k1＝0.5～0.7；后焊丝送丝速度为：νT＝1.3νLcm/min，所述I为步骤(3)中的焊接电流，其单位为A。


3.根据权利要求1所述的低稀释率的双填丝TIG堆焊工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述工件至厚度为4～6mm，优选地，所述预处理范围包括整个堆焊区域及其周围20mm宽度的区域。


4.根据权利要求1所述的低稀释率的双填丝TIG堆焊工...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈茂爱，周浩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37