[发明专利]一种用于大功率TIG焊接的保护气

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大功率TIG焊接技术，更加具体地说，特别是焊接奥氏体不锈钢的保护气。

背景技术

众所周知，非熔化极气体保护焊（TIG焊）是现代工业生产中广泛采用的一种焊接方法，是高质量焊接方法的代表。但该方法仍存在明显的局限性，焊接熔深浅，熔池深度和宽度之比（深宽比）仅为0．2左右，熔敷效率低，焊接效率低，一般仅限于焊接3mm以下的板，厚板时需开开坡口进行多道焊。若采用多道焊，则焊接变形与热影响区增大，通常会影响到焊接接头的质量。

为适应目前焊接结构向着大型化、高参数、精确尺寸发展的趋势，针对大型结构发展高效、节能、环保型的焊接技术，大功率TIG焊接方法正得到重视，已经在碳钢、不锈钢、钛及钛合金厚板焊接方面得到尝试及应用。大功率TIG焊接方法能够实现较大的熔深或者较大的熔敷量，尤其是用于一次性焊接较厚板或者进行多道焊多层焊的打底焊。

大功率TIG焊接条件下存在如下不足：（1）大功率下产热较多，焊板受热面积较大，焊板保护不当易产生氧化现象，不但极大地恶化焊缝的力学性能和抗腐蚀性能，而且也影响焊缝的外观形貌；（2）大电流加剧钨电极的烧损；（3）存在一般TIG焊接焊缝熔深与熔宽比值较小的问题。TIG焊接通常使用纯氩气或者氩气和氦气的混合气体作为保护气体，保护气在电弧周围形成惰性气体层，对熔池起隔绝空气的保护作用。在上述大功率TIG焊接情况下需要采用更为合适的保护气体。

发明内容

本发明的任务在于提供一种保护气，用于大功率TIG焊接金属，特别是焊接奥氏体不锈钢，利用该保护气体改善焊缝表面及焊缝附近区域的氧化状况，提高TIG焊接的深宽比，并降低钨电极的烧损。

为了解决此任务，按照本发明的保护气由1～5%的氢气、2～10%的氦气（体积百分比）和剩余体积的氩气组成，优选为2～5%的氢气、5～10%的氦气（体积百分比）和剩余体积的氩气组成.

本发明保护气的氢含量为1～5%（体积百分比）。保护气的氢含量能改善热传导性，同时对被焊材料表面起到还原作用。向氩气中加入氢气还能降低钨电极的烧损，提高钨电极的使用寿命。

本发明保护气的氦含量为2～10%（体积百分比）。向氩气中加入氦气能改善热传导性及电弧的挺度，同时较低的氦含量还能保证电弧良好的可见性。

本发明的有益效果是：

在实践中，使用本发明保护气进行大功率TIG焊接（样板厚度大于3mm，电流大于200A）时，在提高TIG焊接的深宽比、改善焊缝表面及焊缝附近区域的氧化状况以及降低钨电极的烧损方面得到了好的结果。

具体实施方式

在本发明中，将由体积百分比1～5%的氢气，2～10%的氦气和剩余体积的氩气组成的混合物作为保护气，用于大功率TIG焊接，流量根据焊接电流和板厚选取，基本上只要保护气可以覆盖熔池及熔池周围高温易氧化区的表面即可。

实施例1

本焊接工艺特别针对于4mm厚度的AISI304不锈钢的对接焊工件，不开坡口。

焊接电源直流正接（即工件接电源正极，焊炬电极接电源负极），电流330～360A，电压14～15V，焊接速度400～700mm/min，保护气体组成为2～3%（体积百分比）的氢气、8～10%（体积百分比）的氦气和剩余体积的氩气，保护气体流量为11～16L/min。

最后得到的焊缝熔宽为6.0mm，焊缝经测试符合ASTMA262以及AS3992-1998标准。在此条件下，焊缝保护良好，钨电极基本没有烧损。

实施例2

本焊接工艺特别针对于20mm厚度AISI304不锈钢对接多道焊时进行大功率TIG打底焊。

用TIG焊接方法打底焊时，焊接电源直流正接（即工件接电源正极，焊炬电极接电源负极），电流220～300A，电压15～16V，保护气体组成为4～5%的氢气、5～6%的氦气（体积百分比）和剩余体积的氩气，保护气体流量为11～16L/min。

最后打底焊道最小有效厚度为4.7mm，热影响区(HAZ)宽度为3mm左右。在此条件下，焊缝保护良好，钨电极基本没有烧损。

实施例3

本焊接工艺特别针对于用大功率TIG焊接方法焊接12mm厚度的AISI304不锈钢板对接焊缝，单面焊一次成型，不开坡口。

焊接电源直流正接（即工件接电源正极，焊炬电极接电源负极），电流600～720A，电压14～16V，焊接速度225～375mm/min，保护气体组成为2～3%的氢气、8～10%的氦气（体积百分比）和剩余体积的氩气。