高压环境下GTAW电弧稳定性试验研究 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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表2 API 5L X56管线用钢管力学性能
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电极采用钨镧极，钨镧极具有发射电流大、抗烧蚀性能好，无污染的特点。20世纪80年代后期，首先由日本东邦金属株式会社推出钨镧电极产品。研究表明钨镧电极具有最突出的使用性能。首先，其引弧电压值最小，具有最佳引弧性能；其次，在燃弧较长时间时，钨镧电极保持尖端形状的时间最长，对烧损的抵抗力最大，而且钨镧电极的工作温度低，其电子发射本领最高。另外，认为添加2%(质量分数)稀土氧化物的电极具有可加工性[1]。

2．2 电弧稳定性试验

分别在三种压力下作了电弧稳定性试验，试验结果见表3。

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表3 高压焊接实验数据

3试验结果分析

在表3所示的三种状态下，都得到稳定燃烧的电弧。通过试验发现，影响电弧稳定性的因素有多种，包括工件表面状态、保护气体效果、钨极等因素。

（1）GTAW对工件或焊丝表面油污、氧化膜特别敏感，如果表面存在油污、氧化膜等，电弧或者不能引起来，或者电弧不能稳定燃烧。因此，焊前必须对焊件的接头附近及焊丝表面进行清理，去除金属表面的氧化膜、湿气、污垢、油脂等杂物，以保证引弧及电弧稳定燃烧。清理的方法大致有如下几种，根据材料选用。

1）机械清理，此法简单，效果较好，一般可用砂布打磨、吹砂式抛光、钢丝刷、电动钢丝轮和刮刀等方法。机械清理后可用丙酮去除油污。

2）化学清理，焊丝一般采用化学清理方法，效果好且生产效率高。不同金属材料采用的化学清理剂与工艺程序各不相同，可按说明书的规定进行。清理后的焊件和焊丝必须妥善放置与保管，一般应在24小时内用完。如果存放中弄脏或放置时间超过规定时间，在焊前要重新清理一次。化学清理适合于批量及小型零件。

3）化学——机械清理，大型工件采用化学清理往往不够彻底，因而在焊前尚需用钢丝轮和刮刀在焊接坡口边缘再清理一次。

（2）气体保护效果影响电弧的稳定性，在一定条件下，气体流量和喷嘴直径有一个最佳范围，此时，气体保护效果最佳，焊件上有效保护区域最大。如果气体流量过低，气流排除周围空气能力弱，保护效果差；流量过大，气体排出时容易形成紊流，使空气卷入，也会降低保护效果。同样，在气体流量一定时，喷嘴直径过小，保护区域小，且因气流速度过高而形成紊流；喷嘴直径过大，不仅防碍观察，而且流速过低，保护效果也不好。另外，本次试验是在高压环境下，还要考虑环境压力（空气）对保护气体（氩气）的影响，采取的措施是要保证氩气的压力大于环境空气的压力。

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图2 电极示意图

（3）钨极直接影响电弧的稳定性，我们采用发射电流大、抗烧蚀性能好，无污染的钨镧极作为电极。钨极端部形状是一个重要的工艺参数，要根据所用的焊接电流种类，选用不同的端部形状，一般情况下，小电流焊接时选用小直径钨极和小的锥角，可使电弧容易引燃和稳定；在大电流焊接时，增大锥角可避免尖端过热而熔化，减少损耗，并防止电弧往上扩展而影响阴极斑点的稳定性。使用过程中钨极经常需要用砂轮或者专用的钨极磨削机进行修整。

（4）钨极的损坏也是影响电弧稳定性的主要因素，钨极损坏的故障树见图3。解决的措施包括：采用比较好的材料；采用合适的焊接参数；机械结构合理。

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图3 钨极损坏故障树

4结论

（1）设计了高压环境下的GTAW试验装置，该装置主要有高压环境气体调配储罐、高压焊接试验舱、高压气体管路系统、全位置自动焊机、焊接过程高速摄像系统、舱内场景与焊接过程监控系统和高压环境气体测控系统七部分组成。
（2）进行了高压环境下的电弧稳定性试验，结果显示，在0.2、0.4、0.7MPa下，GTAW电弧均能稳定燃烧。
（3）影响电弧稳定性的因素有多种，包括工件表面状态、保护气体效果、钨极等因素。钨极损坏严重影响电弧稳定性，给出了钨极损坏的故障树。

参考文献：
[1] 陈文革，丁秉均，张晖．W-La203电极材料的研究进展[J]．兵器材料科学与工程,2002,25(4):55～58．

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