[發明專利]分離式拘束電弧焊接方法

有效

• 申請號: 201310045503.6
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103111728A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 陳樹君;魯永生;張俊林;王旭平;蔣凡
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K10/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種分離式電弧焊接方法，尤其是一種非熔化極拘束電弧焊接方法，屬于焊接方法領域。

背景技術

1801年迪威發現了電弧放電現象，開啟了近代焊接·結合技術的新起點。19世紀中葉人們提出了利用電弧熔化金屬并進行材料連接的思想，此后真正出現了達到使用程度的電弧焊接方法。直至1907年瑞典人發明了焊條電弧焊，確立了焊接技術的基礎。后來焊接技術朝著新型化、多樣化的方向發展。

如上所述，焊接·結合技術是人們經過多年反復探索、不斷改進而建立起來的。到現在，作為一項可靠性很高的結合技術而為社會所接受并廣泛應用與實際生產當中，比如從高樓、橋梁、船舶、飛機、汽車等大型構造，到電子機械、電子封裝等小型結構，焊接技術都是不可缺少的，它已經成為現代制造業的重要組成部分。

現如今，在多種不同形式的金屬連接中，電弧焊已經接被廣泛應用于生產各種高質量的連接。這是因為在諸多應用中，電弧焊接已經被證明是較為經濟的金屬連接方式。當今社會各技術領域的發展對焊接工藝提出了更高、更新的要求，特別是一些高性能、大結構和新結構材料的應用等方面，傳統的焊接工藝已遠遠不能滿足其應用需求。隨著科學技術的不斷發展，焊接·結合技術也不斷地推陳出新。

鎢極氬弧焊（TIG）這種焊接方法由于能夠實現較高質量的焊接，因此得到廣泛的應用，它有如下優點：

（1）氬氣能有效地隔絕周圍空氣它本身又不溶于金屬，不和金屬反應；鎢極氬弧焊過程中電弧還有自動清除工件表面氧化膜的作用。因此，可成功地焊接易氧化、氮化、化學活潑性強的有色金屬、不銹鋼和各種合金。

（2）鎢極電弧穩定即使在很小的焊接電流（<10A）下仍可穩定燃燒，特別適用于薄板，超薄板材料焊接。

除了上述所說優點外，其自身也有很多不足

1）熔深淺，熔敷速度小，生產率較低，僅適用于較薄板的焊接。

2）鎢極承載電流的能力較差，過大的電流會引起鎢極熔化和蒸發，其微粒有可能進入熔池，渣成污染（夾鎢）。

隨著現代工業向著大型化方向發展，中厚板、超厚板焊接結構的應用愈加廣泛，鎢極氬弧焊（TIG）已不能滿足此類焊接的需求。對于艦艇、壓力容器、鍋爐、鐵軌等大厚壁金屬結構產品的制造和大型工程建造現場作業中，大量厚板接頭的傳統自動焊接方法普遍采用大坡口多層多道MAG/MIG焊或埋弧焊，隨著焊接結構厚度的不斷增加，這些方法已經表現出了較大的局限性及不適用性。最突出的表現就是由于厚板坡口面積的急劇加大導致了焊接工作量成倍增加，生產效率低，消耗焊材多，焊接成本高。并且熱輸入量大、熱影響區寬、晶粒粗大，焊接接頭力學性能低，容易產生裂紋等焊接缺陷。此外，現在工業及制造業中使用并逐漸推廣使用的多為特種材料或高強度鋼，對焊接熱循環和冷裂紋非常敏感，對焊接接頭的力學性能要求極高。這就提出了焊接必須在較低線能量下進行這一要求，但這樣就降低了生產效率。

1963年美國巴特爾(Battelle)研究所針對上述矛盾開發了一種窄間隙焊接方法。但該項技術自身也存在著：需要特殊的保護氣噴嘴、焊接過程中的飛濺會粘連在側壁和噴嘴上、電弧集中作用在坡口底部，容易產生側壁未熔合等諸多的技術難題。因此，其應用也具有一定的局限性。

另外，等離子弧、激光和電子束這三種高能量密度熱源的焊接由于能夠滿足新的特殊工藝要求，所以在焊接領域中得到了迅速的發展和應用。“高能束焊接”技術的涌現就補充和發展了原來傳統焊接技術的空缺。焊接過程中出現小孔是高能密度焊接工藝的突出特征，大大增加了一次焊接中的熔深。其中穿孔型等離子弧焊接(Keyhole?plasma?arc?welding,K-PAW)因為其潛在的優勢，廣泛應用于焊接結構鋼、汽車、飛機、火箭、太空飛船和空間焊接等，成為21世紀最具發展前景和最有效的加工技術之一。

與鎢極氫弧焊GTAW相比，K-PAW的電弧弧柱區的橫截面受到噴嘴孔徑壓縮，氣體流速更高(300-2000m/s)和熱輸入密度更大(109-1011W/mm²)，電弧的溫度也大大提高，使等離子弧的穩定性和挺直度有了較大的改善。

與激光焊(LBW)和電子束焊(EBW)相比較而言：盡管等離子弧能量密度低，小孔尺寸較大，但射流速度大、等離子流力強，工藝成本低，接頭裝配要求低；激光焊和電子束焊焊接設備昂貴，對外部的焊接環境要求太高，設備運行成本較高，束流直徑小，對接頭裝配要求特別嚴格；這樣就限制了在工業中的應用。