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          磁場在薄壁不銹鋼焊管高速TIG焊中的應用分析

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          磁場在薄壁不銹鋼焊管高速TIG焊中的應用分析

          磁場在薄壁不銹鋼焊管高速TIG焊中的應用分析

          來源:大口徑非標厚壁焊接管 ? 發布:2020-10-17 17:09:46 ? 類別:不銹鋼行情

           浙江至德鋼業有限公司增加TIG焊接速度能夠提高薄壁不銹鋼焊管生產率,但是提高焊接速度會引起電弧后托現象,導致焊縫咬邊、開焊等焊接不良缺陷。通過在TIG焊機外套激磁線圈產生磁場矯正后托電弧,使電弧重新位于焊機軸線上,能夠有效地解決高速焊引起的焊接不良。試驗證明:磁場強度為40mT時,TIG電弧后托現象消失,焊接速度從3.5m/min提高到5.5m/min,焊縫沒有產生咬邊、駝峰等缺陷,焊縫成形良好。


           薄壁不銹鋼焊管具有安全耐用、環保衛生、價格合理、美觀豪華等優良的綜合性能,已大量應用于建筑給水和直飲水管道。隨著社會的進步,人們對薄壁不銹鋼焊管越來越青睞。不銹鋼管以其幾乎為零的漏水率和優異的健康性能被城市供水和建筑給水領域優先選用。一旦不銹鋼管材被大面積推廣應用,城市供水管網的漏水率將大幅度降低,供水水質將得到充分保障。薄壁不銹鋼焊管以其安全性、耐久性、經濟性、可靠性、環保性、清潔性和施工便利快捷等方面的突出優勢,為保護水資源,保護人們的健康和提高生活質量,保護環境和促進社會經濟可持續發展發揮了重要的作用。薄壁不銹鋼焊管在直飲水、給水、熱水、消防、排水、采暖、醫藥、食品、化工、船舶等領域具有廣闊的推廣前景。目前薄壁不銹鋼管的主要生產方式是,將不銹鋼帶輥彎成型后使用TIG焊接成不銹鋼管。焊接速度是影響不銹鋼管生產效率的最重要因素。因此,高速焊接技術應運而生,高速焊接(焊速一般在1m/min以上)是在提高焊接速度的同時提高焊接電流,以維持焊接熱輸入保持不變。增加TIG焊接速度能夠提高薄壁不銹鋼焊管生產率,但是提高焊接速度會引起電弧后托現象,導致焊縫咬邊、開焊等焊接缺陷。通過外加磁場產生電磁力能夠矯正后托電弧,筆者主要研究磁場作用下0.5mm厚不銹鋼管不填絲TIG焊接工藝。


          一、試驗


            試驗材料為0.5mm厚的奧氏體不銹鋼帶,牌號316L。外加磁場裝置磁頭設計如圖所示。通過特斯拉計測得導磁桿極靴中間處磁場強度如圖所示。


          二、試驗結果分析及應用


            有、無磁場情況下高速TIG焊接時焊縫成形情況如圖所示。不同磁場強度下提高焊接速度焊縫成形情況如圖所示??梢?隨著磁場強度的增加焊縫成形質量明顯提高。


           試驗結果表明: 高速焊時,隨著焊接速度的加快,致使陽極斑點滯后使得焊接電弧發生滯后現象,如圖所示,焊接速度越快電弧偏離鎢極軸線的角度越大,造成電弧滯后現象越嚴重。


           電弧滯后嚴重妨礙了焊接過程,造成焊縫咬邊或者開焊,如圖所示。采用外加橫向磁場的方法可以提高焊縫成形質量,改善焊縫表面形貌和消除缺陷。隨著磁場強度的增加電弧后托現象得以逐漸矯正,但磁場強度過大時電弧發生前傾也會影響焊縫成形。因此選擇適當的磁場強度對高速TIG焊焊縫成形有重要影響。


           出現電弧后托的原因是,電弧在水平方向上線速度小于不銹鋼管的焊縫運動速度,進而產生電弧滯后。作用在焊接熔池上的電弧力F可以分解為水平方向上的分力Fx和垂直方向上的分力Fy。在Fx的作用下,部分熔化金屬流向熔池后沿,這個現象稱為電弧的后排作用。在Fy的作用下,熔化金屬被吹成一個弧坑,當電弧向前移動時,被電弧熱熔化的金屬將填滿這個弧坑。


           但在高速TIG焊時,由于電弧的后托,此時電弧力的水平分力Fx變大,對熔池金屬的后排作用變強,焊接速度越快,液態金屬存在時間越短,使得焊縫兩側缺少足夠的液態金屬填充形成咬邊現象。這種后排作用甚至會把熔化金屬吹走,造成焊縫開焊。所以只有通過矯正電弧,才能改善焊接效果。


           可見,電弧將受到磁場力的作用,隨著磁場強度的增加,磁場力不斷增大。磁場力的方向正好與電弧滯后方向相反,矯正電弧后托。經過矯正后電弧位于焊機的軸線方向上,使得熔池前部液態金屬正常流動到熔池后部,填滿焊縫,改善了焊縫成形,如圖7所示。


          三、結論


           對0.5mm不銹鋼薄帶進行不填絲高速TIG焊接的試驗研究表明,采用外加磁場改善高速TIG焊接不銹鋼管焊接質量和焊接效率是可行的。當磁場強度為40mT時,焊接速度可從3.5m/min提高到5.5m/min;無磁場時會產生咬邊、未焊透、駝峰等缺陷;加入不同激磁電流的橫向磁場后缺陷消失,而且焊縫成形良好。


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