[发明专利]分离式拘束电弧焊接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离式电弧焊接方法，尤其是一种非熔化极拘束电弧焊接方法，属于焊接方法领域。

背景技术

1801年迪威发现了电弧放电现象，开启了近代焊接·结合技术的新起点。19世纪中叶人们提出了利用电弧熔化金属并进行材料连接的思想，此后真正出现了达到使用程度的电弧焊接方法。直至1907年瑞典人发明了焊条电弧焊，确立了焊接技术的基础。后来焊接技术朝着新型化、多样化的方向发展。

如上所述，焊接·结合技术是人们经过多年反复探索、不断改进而建立起来的。到现在，作为一项可靠性很高的结合技术而为社会所接受并广泛应用与实际生产当中，比如从高楼、桥梁、船舶、飞机、汽车等大型构造，到电子机械、电子封装等小型结构，焊接技术都是不可缺少的，它已经成为现代制造业的重要组成部分。

现如今，在多种不同形式的金属连接中，电弧焊已经接被广泛应用于生产各种高质量的连接。这是因为在诸多应用中，电弧焊接已经被证明是较为经济的金属连接方式。当今社会各技术领域的发展对焊接工艺提出了更高、更新的要求，特别是一些高性能、大结构和新结构材料的应用等方面，传统的焊接工艺已远远不能满足其应用需求。随着科学技术的不断发展，焊接·结合技术也不断地推陈出新。

钨极氩弧焊（TIG）这种焊接方法由于能够实现较高质量的焊接，因此得到广泛的应用，它有如下优点：

（1）氩气能有效地隔绝周围空气它本身又不溶于金属，不和金属反应；钨极氩弧焊过程中电弧还有自动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、化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。

（2）钨极电弧稳定即使在很小的焊接电流（<10A）下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板材料焊接。

除了上述所说优点外，其自身也有很多不足

1）熔深浅，熔敷速度小，生产率较低，仅适用于较薄板的焊接。

2）钨极承载电流的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，渣成污染（夹钨）。

随着现代工业向着大型化方向发展，中厚板、超厚板焊接结构的应用愈加广泛，钨极氩弧焊（TIG）已不能满足此类焊接的需求。对于舰艇、压力容器、锅炉、铁轨等大厚壁金属结构产品的制造和大型工程建造现场作业中，大量厚板接头的传统自动焊接方法普遍采用大坡口多层多道MAG/MIG焊或埋弧焊，随着焊接结构厚度的不断增加，这些方法已经表现出了较大的局限性及不适用性。最突出的表现就是由于厚板坡口面积的急剧加大导致了焊接工作量成倍增加，生产效率低，消耗焊材多，焊接成本高。并且热输入量大、热影响区宽、晶粒粗大，焊接接头力学性能低，容易产生裂纹等焊接缺陷。此外，现在工业及制造业中使用并逐渐推广使用的多为特种材料或高强度钢，对焊接热循环和冷裂纹非常敏感，对焊接接头的力学性能要求极高。这就提出了焊接必须在较低线能量下进行这一要求，但这样就降低了生产效率。

1963年美国巴特尔(Battelle)研究所针对上述矛盾开发了一种窄间隙焊接方法。但该项技术自身也存在着：需要特殊的保护气喷嘴、焊接过程中的飞溅会粘连在侧壁和喷嘴上、电弧集中作用在坡口底部，容易产生侧壁未熔合等诸多的技术难题。因此，其应用也具有一定的局限性。

另外，等离子弧、激光和电子束这三种高能量密度热源的焊接由于能够满足新的特殊工艺要求，所以在焊接领域中得到了迅速的发展和应用。“高能束焊接”技术的涌现就补充和发展了原来传统焊接技术的空缺。焊接过程中出现小孔是高能密度焊接工艺的突出特征，大大增加了一次焊接中的熔深。其中穿孔型等离子弧焊接(Keyhole plasma arc welding,K-PAW)因为其潜在的优势，广泛应用于焊接结构钢、汽车、飞机、火箭、太空飞船和空间焊接等，成为21世纪最具发展前景和最有效的加工技术之一。

与钨极氢弧焊GTAW相比，K-PAW的电弧弧柱区的横截面受到喷嘴孔径压缩，气体流速更高(300-2000m/s)和热输入密度更大(109-1011W/mm²)，电弧的温度也大大提高，使等离子弧的稳定性和挺直度有了较大的改善。

与激光焊(LBW)和电子束焊(EBW)相比较而言：尽管等离子弧能量密度低，小孔尺寸较大，但射流速度大、等离子流力强，工艺成本低，接头装配要求低；激光焊和电子束焊焊接设备昂贵，对外部的焊接环境要求太高，设备运行成本较高，束流直径小，对接头装配要求特别严格；这样就限制了在工业中的应用。