焊接方法技术

通过使用包括由水分渗透系数小于２７５、优选小于１００的弹性材料制成的软管或管（３０）的保护气输送系统和使用包括至少钨和氧化镧并优选钨、氧化镧、氧化钇和氧化锆的钨电极（２２）组合物来改进在第一根部焊道上使用ＧＴＡＷ设备（２０）和含氢保护气焊接非不锈钢工件（１２）的方法。防止水分通过输送含氢保护气的弹性软管（３０）渗透消除了在根部焊道焊缝上的第二焊道填充焊接中熔化焊接金属的喷溅。使用钨化合物提高了电极寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】A.背景1.领域本专利技术涉及，尤其是保护气钨极电弧焊(GTAW)方法。2.相关技术在1997年11月11日签发的美国专利5686002中公开了沿坡口处理的接头对焊钢工件的改进，该方法使用具有填充丝的GTAW设备和在第一或根部焊道中使用氢-氩(或其它惰性气体)保护气混合物然后在随后的填充焊道中使用无氢的惰性气体，该专利与本文描述和要求的专利技术都为自有。根据US5686002描述的方法，通过对要被接合的边开坡口以便它们具有小间隙(“开口根部”)地彼此相连来预加工中至厚板或管形钢金属工件。然后使用常规自动(包括半自动)或非自动GTAW设备、填充丝和优选由95/5氩-氢混合物组成的保护气产生根部焊接通道。由于对允许氢进入到碳钢焊件的限制，这类工件尤其是碳钢制工件的成功焊接最初是令人怀疑的，因为当氢污染发生时，在与这种金属一起使用的现有技术焊接工艺中会遇到脆化和孔隙率问题。另一方面，理论上认为，根部焊道中氢的存在能解决正接合碳钢工件的焊接工面临的焊透、熔池稳定性、洁净度和其它问题，碳钢工件如大直径管和使用具有开口根部的斜坡边预加工的管道，因为利用保护气混合物中的氢能得到增强的加热效应。美国专利5686002中描述的解决方案只对根部焊道使用氩/氢混合物，然后对随后的焊道使用无氢的惰性气体混合物，这在理论上能从焊件中清除任何游离氢和产生不会发生氢脆化的完美无孔焊缝。事实上，涉及碳钢以及高强度钢如铬-钼钢的测试已表明，使用这种新方法能得到没有保护气中氢负面影响的这种焊缝。对于其中所述的更详细描述，可参见美国专利5686002，本文全文引入其作为参考。尽管使用美国专利5686002中描述的方法产生的焊缝是完美的并具有良好质量，但当执行方法焊接最初反面说明的碳钢时观察到意外的现象。具体地说，当在根部焊道上产生第二焊接通道时，发生具有足够频率和强度的熔池区域中熔化金属的突然实际上爆炸性喷溅，以至于因污染GTAW炬设备的电极和气体透镜而中断焊接过程。观察到喷溅实际上在电极和气体透镜上沉积焊接金属至在可继续焊接前它们需要修补或替换的程度。甚至在正形成第二焊道“干河床”(没有焊料的熔焊)过程中也能观察到这种现象。解释不能容易地得到，因为按照所有可接受GTAW标准和规范可严格地形成根部焊道焊缝和堆焊或填充焊缝，包括在焊接过程中避免了焊接区中任何种类的污染，尤其是水分和氧污染。检查GTAW装置的所有设备以及保护气供应。开始怀疑电极，但证实其没有成为诱发因素。快速排除可能的爆炸性化学污染物，以及在焊接过程中产生的元素的可能组合，其可导致根部焊道中凝固焊接金属中潜在爆炸性材料或气体的存在。改变填充焊接保护气的混合物没有表明供应的保护气为任何问题的根源。通过涉及预热工件的实验还排除了焊接区中的水分。最终理论上认为，在初次填充或堆焊焊道中涉及熔化焊接金属的喷溅现象起因于可能在根部焊道凝固焊接金属中的小凹穴或孔穴中捕集的一些种类的过热气体，当池的前沿接近凹穴或孔穴并加热包围凹穴或孔穴的金属区域时，其被强烈加压，直到发生周围金属的熔化时，过热和加压的气体在熔化焊接金属的强烈喷溅中猛烈膨胀。理论上认为，在根部焊道中使用氢最初会导致一定的孔隙率，它们在接下来的堆焊或填充焊接通道中被除去。然而，主要为氩和少量游离氢的小凹穴的存在难以造成在根部焊件上第一填充焊道中观察到的喷溅的猛烈特征。该秘密保持未解开，直到进一步的研究指向在根部焊道焊缝的孔穴或凹穴中可能包含由于某种原因被捕集的水分的可能性。无论游离的水分如何被存放到孔穴或凹穴中，都不能在最初观察时被察觉到，因为采取了全部的预防措施避免保护气和焊接区中的水分污染。另一方面，如果在孔穴中包含捕集的水分，至少这可能归因于孔穴中捕集蒸汽的多少，在第二焊道中被过热成蒸汽，可能造成观察到的喷溅。但是水分如何到达焊接区域仍是要回答的问题。在关于焊接金属喷溅问题的研究中，专利技术人回顾的1959年签发的美国专利2905805揭示了在使用包含35％氢的氩-氢保护气混合物的不锈钢的GTAW焊接中形成的水分凹穴所遇到的困难。根据该专利，焊接中氢和氧的化合被认为形成存放在焊件孔中的水分，专利中提出的解决方案是限制保护气中在焊接区处存在的氢数量，并调整焊接工具前进的速度。在利用GTAW设备和95/5氩-氢保护气混合物的碳、铬-钼和其它非不锈钢焊接方面，该理论似乎是不可信的。首先，认为在焊接区中不存在氧污染，因为保持焊接区时刻无氧的保护气系统非常纯。仅仅是不足的氧与焊接中未消耗的保护气中的少量氢结合在焊接金属中形成水分，与焊接金属中由于其它原因可能出现的孔穴或凹穴无关。已知碳钢焊缝比不锈钢焊缝经受程度大得多的孔隙率，但根据美国专利5686002的方法形成的碳钢焊缝的孔的孔穴中如何存在水分并不容易解释。于是注意力集中到作为水分和或者氧气的可能来源的保护气输送系统上。理论上认为，尽管有全面的预防措施，但或许正是用于保持焊接区无水分和氧污染的物质即保护气本身传送了有害污染物。针对污染水分和氧的可能来源，全面检查了用于保护气混合物供应和输送的保护气储罐、配件、输送软管和焊接头。但仍未发现这些要素的来源。然后在根据美国专利5686002进行的GTAW焊接过程中检查了作为污染焊接区的氢和氧的可能来源的弹性体保护气输送软管。尽管使用的软管满足GTAW焊接的全部规范，但知晓用于焊接气体供应应用的各种塑料、橡胶和其它弹性体软管材料面临不同程度的通过软管壁的气体渗透或扩散，这取决于构成软管的材料和其它因素。于是实验导致了这种发现，即按上述方式反应的焊缝的孔穴或凹穴中水分的可能来源为弹性体保护气输送软管，其允许水分蒸汽通过软管壁从大气中渗透或扩散到足以在根部焊道焊缝的孔穴或凹穴中被俘获的程度。当在随后的焊接通道中加热时，水分过热并形成观察到的剧烈喷溅效应。需要焊接金属喷溅现象的解决方案以避免由这种喷溅造成的缺陷。作为次要因素，在根据美国专利5686002的中，观察到在GTAW设备中常用的钨电极在使用中严重降级，美国专利5686002使用95/5氩-氢气体混合物。与使用95/5氩-氢保护气的不锈钢焊接工艺不同，其中电极寿命是正常的，或“洁净室”环境焊缝涉及高度保护环境，而根据所述专利的方法涉及在不必有意产生“洁净”或贫瘠焊缝的环境中焊接。这在进行不锈钢“洁净室”焊接时一般很少关注，因为这类焊接使用相对低的安培数和热输入，并且焊缝比涉及例如碳钢板和厚壁管或其它钢如铬-钼的一般焊接工艺具有更短的持续时间。在“洁净室”方法中，所用钨电极中的掺杂剂可能不能完全蒸发，从而在使用中可能减少了氧化和氧化物冷凝到电极上。另一方面，对于碳、铬-钼和其它非不锈钢，在根据5686002专利的中使用的钨电极表现出或被预料到表现出较短的寿命，并需要频繁更换，可能是由于较长的焊接时间、因保护气中氢引起的较高热输入、电极上氧化物冷凝、在电极位置处的焊接区污染和其它不确定的原因。显然，需要针对涉及碳钢尤其但不是任何非不锈钢且通常使用部分氢保护气的中钨电极寿命短的解决方案。专利技术简述本专利技术为使用美国专利5686002的GTAW焊接装置和技术对焊具有斜接头预制件(bevel joint preparation)的非不锈钢金属工件的方法，其中使用保护气弹性体软管输送系统进行根部焊道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用使用填充丝的ＧＴＡＷ焊机对焊具有斜接头预制件的非不锈钢金属工件的方法，包括：　预加工带坡口的工件，使其具有在它们的根部末端有最小焊接区厚度的斜接头区域；放置预加工的工件接头段到一起，开口间隙在它们的邻近根部末端之间限 定出开口根部区域，该间隙具有避免工件之间由于焊接收缩引起的有害压缩应力的最小尺寸和避免填充丝穿透间隙的最大尺寸；使用供有填充丝和保护气的ＧＴＡＷ焊机熔焊邻近工件的开口根部区域使其具有根部焊道焊缝，该保护气包括１－１０％的氢气和余量的 惰性气体；和然后使用供有填充丝和无氢保护气的ＧＴＡＷ焊机用至少一个附加填充焊道堆焊根部焊道焊缝，改进在于使用保护气输送弹性体软管系统在进行焊接的区域中在基本不存在水分时完成所述开口根部焊道，该保护气输送弹性体软管系统 能防止水分通过输送弹性体软管系统渗入到保护气内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA弗鲁德，
申请(专利权)人：特赖器械公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]