活性剂对309S不锈钢TIG焊电弧特性及焊缝性能的影响

发布时间：2019-08-06 10:05

【摘要】：309S不锈钢具有优良的耐热性、抗腐蚀性和焊接性。传统TIG方法焊接不锈钢时受钨电极电流密度和电弧热源分布的影响,单道焊接熔深浅、效率低。同时,不锈钢导热系数小,焊接时熔池金属易过热而使熔合区和热影响区形成粗大的晶粒组织,降低接头的冲击韧度和抗拉强度。另外,奥氏体不锈钢的线膨胀系数较大,当焊接层间温差较大时,接头会产生较大的应力,引起焊接变形。活性TIG焊接通过在焊接材料表面涂敷一层活性剂来增加焊缝熔深。作为一种高效、节能、环保的焊接方法,A-TIG焊接已广泛应用于不锈钢、铝合金、钛合金以及低合金钢的焊接中。然而,不同活性剂焊接时熔池深宽比与电弧及熔池温度变化关系的研究还较少,尤其当活性剂分布不均匀时,熔池还会产生形状不对称,化学成分偏析以及表面熔渣附着等焊接缺陷。为进一步分析活性物质对熔池深宽比及温度变化的影响,减少或消除畸形熔池及焊缝化学成分偏析,试验选用3种物质(TiO_2、CaF_2、ZrO_2)组成单组分、双组分和三组分焊接活性剂,采用活性焊接方法(A-TIG)对309S不锈钢进行焊接。通过分析活性剂涂层的表面形貌、焊接过程中的电弧电压变化、熔池表面张力、熔池形貌、熔池周围热影响区温度变化以及焊后熔池的物相组成和活性元素分布,结合A-TIG焊后接头的显微硬度分布、弯曲性能和抗冲击性能,对A-TIG焊活性物质对焊接电弧特性和焊缝性能的影响进行分析。研究结果表明：(1)单组分活性剂涂层表面含有微观孔隙。随着活性剂种类和质量分数的增加,涂层表面孔隙数量随之增加。单组分活性剂A-TIG焊接时电弧电压增加,其中氟化钙对焊接电弧的收缩特性影响最大,电弧收缩后的电压增量为16 V。二氧化钛活性剂A-TIG焊接后焊缝深宽比最大为0.8。除氟化钙外,随活性剂质量分数的增加,A-TIG焊缝深宽比增大,最大深宽比是传统TIG焊的3倍以上。(2)添加焊接活性剂后熔池周围热影响区的温度增加,其中二氧化钛对温度的影响最大,和传统TIG焊接相比,温度增幅可达195℃以上。对熔池元素分析发现,单组分活性剂高温分解后在熔池宽度方向的含量最大,深度方向含量则较少。表明A-TIG焊接过程中熔池周围张力梯度和Marangoni对流是影响熔00池形状的主要因素。双组分活性剂焊接过程中电弧电压升高,电弧电压最大为79 V,电压增量最大为17 V。在三组分活性剂TIG焊接中,伴随活性剂的分解和电离,电弧有二次收缩现象。另外,多组分活性剂焊接时熔池周围热影响区温度增加,其中随组分中氟化钙质量分数的增大,最大温度变化为110℃。(3)活性TIG焊接时热影响区温度变化受氟化钙含量的影响较大,当多组分中氟化钙含量低于其它两种组分时,熔池周围温度随焊接时间增加逐渐减小；当氟化钙含量高于其它两种组分含量,焊接时熔池周围温度则逐渐升高。活性焊接后熔池宽度方向有微量活性物质分布,熔池中为奥氏体组织和少量Fex(Ni、 Ti)y组成的金属间化合物,主要有C、Cr、Mn、Fe、Ni等元素组成。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG444.74

【参考文献】