Al的DCSPTIG焊的研究

Al的DCSPTIG焊的研究

何世海王振民谢海鹏

摘要：论述了Al的DCSPTIG焊工艺的特点，并通过实验证实了该方法的可行性。这种方法比直流反接和交流TIG焊具有更大的热输入和熔深，尤适用于厚板焊接。对于薄板直流正接允许比交流电源有更大的焊接速度，是值得推广应用的高效率焊接方法。
关键词：铝；直流正极性；氩弧焊
分类号：TG444+.74文献标识码：A
文章编号：1000-1646(2000)01-0011-03

Research on DCSP TIG welding process for Al

HE Shi-hai,XIE Hai～peng
(School of Material Science and Engineering,Shenyang University of Technology, Shenyang 110023,China)
WANG Zhen-min
(South China University of Technology Dept.of Mechatronic Engineering, Guangzhou 510641,China)

Abstract：This article discusses the characteristics of direct current electrode negative Tungsten-inert-gas arc welding process for Al,and the experiments to prove its feasibility were carried out. This process has much more heat input and penetration than DCEP power and AC power.It is particularly useful for welding thick sections. With thin sections DCEN permits much higher welding speed than AC power. This welding method is worth spreading and using.
Keywords：Al；direct current electrode negativ epolarity；tungsten－inert－gas arc weldingg

铝及铝合金的常用焊接方法是非熔化极惰性气体保护焊，即TIG焊（通常指氩弧焊）。按使用的电源和极性，TIG焊可分为直流正极性TIG焊、直流反极性TIG焊、交流TIG焊、方波交流TIG焊和近年来国外刚发展起来变极性TIG焊.由于直流正极性TIG焊没有阴极雾化作用，焊后焊件表面出现浓暗的痕迹，所以，国内基本上没有使用直流正极性TIG焊焊Al及其合金。国外从70年代开始，直流正极性TIG焊方法不但在要求高性能的火箭燃料贮箱和坦克后板等焊接方面得到了应用，而且已在一般结构材料的焊接方面得到了应用。本文正是通过一定的对比实验来研究铝的直流正接TIG焊的焊接特点、熔深、熔宽及工艺的可行性。

1试验与结果分析

1.1试验条件
1.1.1试验材料
母材为L2,尺寸为400mm×50mm×mm,电极为Ce～W极，直径为（3.0～5.0mm,保护气为Ar气，流量为8L/min.
1.1.2试验设备
试验设备为ZXG7～300～1型直流氩弧焊机，NSA～500～1交流氩弧焊机。
1.2试验方法及结果
分别采用DCSPTIG焊，DCRPTIG焊焊接铝板，不加填充焊丝，在不同规范下比较三种极性情况下焊接的熔深、熔宽及钨极的烧损情况
。试验结果如表1,表2,表3所示。

表1DCSPTIG焊工艺参数及结果

焊接速度

焊接电流

熔深

熔宽

（mm.min-1）

A

mm

mm

100

140 6.00 7.80

110

140 6.00 7.72

140

140 3.58 6.72

150

140 2.96 5.76 200 140 2.56 4.36 250 140 2.26 3.38 200 180 6.00 7.00 220 180 6.00 6.72 220 180 4.46 6.28 300 180 3.74 5.84

表2DCRPTIG焊工艺参数及结果

焊接速度

焊接电流 熔深 熔宽 (mm.min-1)

A

mm

mm

50 140 2.48 13.34 100 140 1.62 12.70 150 140 1.38 11.60 250 140 1.12 10.08 250 140 0.92 9.42

表3ACTIG焊工艺参数及结果

焊接速度 焊接电流 熔深 熔宽 (mm.min-1)

A

mm

mm

50

140 4.30 10.42 100 140 3.36 8.42 150 140 2.02 6.72 200 140 1.52 5.48
1.3结果分析
(1)在相同焊接规范下，DCSPTIG焊的熔深大于DCRPTIG焊和ACTIG焊，熔宽却小于DCRPTIG焊和ACTIG焊。
(2)DCSPTIG焊时，钨极烧损较小，而DCRPTIG焊钨极烧损较高，ACTIG焊钨极烧损介于两者之间。(3)究其原因，是DCSPTIG焊较其他TIG焊方法有其自身的特点。直流正极时阳极产热占全部产热的2/3,所以，钨极不易烧损，有较大的允许电流，对于给定的焊接电流可以采用较细的钨极，自然也有助于形成较窄小的焊缝。直流正接阳极产热多，可获得较大的热输入，使基体金属能迅速熔化，获得较大的熔深。资料表明，即使对大的截面都不需要预热，可以消除打边设备，或减少坡口加工或不开坡口，因此，需要的添充金属也少.
直流正接TIG焊具有迅速的加热能力，一经起弧立即形成熔池，所以焊接速度较快，使焊接的效率比交流的高，同时，焊接变形也大大减少。因为熔深大，所以DCSPTIG焊主要用于厚大铝板的焊接。
三种极性焊接中，DCSPTIG焊缺乏阴极雾化作用，焊缝表面发暗，影响外观质量。我们做了以下试验来测定其对内在质量有何影响。

2不同极性TIG焊焊接接头拉伸试验及结果分析

2.1试验条件
2.1.1试验材料
母材为L2,尺寸为150mm×30mm×6mm的板条10对。
填充材料为：焊丝301,?3.0mm,电极为Ce～W极，保护气为Ar气。
2.1.2试验设备
试验设备为ZXG7～300～1型直流氩弧焊机，NSA～500～1交流氩弧焊机。
2.2试验方法及结果
试板清理干净后，采用DCSPTIG焊和DCRPTIG焊分别对5对铝板不开坡口，加填充焊丝双面焊。试件11～15用DCSPTIG焊，试件21～25用DCRPTIG焊。然后制作拉伸件，在拉力机上进行拉伸试验，所得结果如表4所示。

表4试板拉伸试验结果

焊接方法 试件编号 拉伸强度 断裂部位 (N.mm-2) DCSPTIG 11 145 HAZ 12 140 HAZ 13 126 HAZ 14 128 HAZ 15 116 HAZ DCRPTIG 21 107 焊缝 22 81.6 焊缝 23 91.7 焊缝 24 95.0 焊缝 25 93.4 焊缝
2.3结果分析
从以上结果可以看出，在本次测试中DCSPTIG焊焊缝强度大于ACTIG焊，而与母材强度等同，断口均发生在HAZ,虽DCSPTIG焊焊缝的表面有发暗的氧化膜，但用刷子轻刷后即可露出光亮表面，从试验结果来看，表面的这层氧化膜对接头强度没有什么影响，这一点至关重要。至于DCSPTIG焊焊缝接头强度高的原因至少与其夹钨少有关，其次，由于对母材热输入大，熔深大，有利于气泡的析出，增加焊缝的致密性，这将增加焊缝的强度[3].

3结论

(1)由于直流正接TIG焊时母材的热输入大，且电弧较细，故在相同规范下，焊缝的熔深大DCRPTIG焊和ACTIG焊，而熔宽小于这两种方法。
（2）DCSPTIG焊时，钨极烧损和气孔少于DCRPTIG和ACTIG焊。
（3)DCSPTIG焊?a href='http://www.anystandards.com/special/pump.html' target='_blank'>泵挥幸跫?砘?窒螅?阜毂砻嬗醒趸?ご嬖冢??鲋淮嬖谟诒砻妫?酶炙克⑶崆岽蚰ゼ纯汕宄??br />（4）DCSPTIG焊焊接接头强度不低于ACTIG焊和DCRPTIG焊。
（5）DCSPTIG焊适合于厚板的对接焊，既可减少坡口的加工麻烦，又可采用较快的焊接速度，是一种高效率的焊接方法。

（邓美艳编辑）

作者简介：何世海（1944-），河北唐山人，沈阳工业大学副教授。

何世海（沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110023）
谢海鹏（沈阳工业大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110023）
王振民（华南理工大学机电系，广东广州510641）

参考文献

[1]American Welding Society.Welding handbook 7th edition
[2](美)A.LPHILLIPS A L着，麻毓璜译.铝合金焊接手册[M].成都：四川科隶学技术出版社，1985.
[3]木村裕，原田进,佐藤隶幸等．H－DCENティケ全姿势自动熔接法?のァしミこゥム配管ヘの适用[A].熔接学会．熔接学会论文集[C].大阪：日本印刷出版株氏会社，1997，15(1):45～50