本發(fā)明屬于氬弧焊焊接生產(chǎn)，具體涉及一種氬弧焊無氦焊接方法，以及其所用的焊槍電極。

背景技術：

1、在高壓電纜生產(chǎn)線中，氬弧焊焊接生產(chǎn)是高壓電纜生產(chǎn)工序中較為關鍵的一道工序，該道工序直接關系到電纜產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣。此工序的主要任務是利用氬弧焊機把環(huán)形鋁帶進行縱向焊接，形成密閉鋁圓筒，避免絕緣線芯受外來物體破壞和信號干擾。氬弧焊(又稱氬氣體保護焊)技術是基于普通電弧焊的原理，利用氬氣對金屬焊材的保護，在電弧焊的周圍通上氬氣保護氣體，通過高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成熔池，使被焊金屬和焊材達到冶金結合的一種焊接技術。由于在高溫熔融焊接中不斷送上氬氣，使焊材不能和空氣中的氧氣接觸，從而防止了焊材(不銹鋼、鐵類五金金屬等)的氧化。

2、焊接類型有熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊(又稱鎢極氬弧焊)兩種，非熔化極氬弧焊是電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，在焊接電弧周圍通過一種不和金屬起化學反應的惰性氣體(通常是氬氣)，形成一個保護氣罩，使鎢極端頭，電弧、熔池、已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體，從而形成致密的焊接接頭，所得焊接接頭的力學性能非常好。

3、但是，鎢極氬弧焊所使用的焊接電流受鎢極載流能力的限制，電弧功率較小，電弧穿透力小，熔深淺，焊接速度低。鎢極氬弧焊長時間工作后容易變形，大長度的焊接效果差，在焊接過程中需經(jīng)常更換鎢極。而且，直流焊鋁難以實現(xiàn)，相較于相同電流的交流焊，焊接速度較慢。另外，當前焊接工藝常用氬、氦混合氣體作為保護氣體。氦氣在空氣中的含量很少，按體積計算只占0.0005％，密度約為氬氣的1/10。為了獲得良好的保護效果，就要加大流量，但是，氦氣提取的成本費用昂貴，采購成本相比氬氣更加昂貴。氦氣的平均采購價格為3500元，氬氣的平均采購價格為130元，采用純氬氣焊接可大幅降低生產(chǎn)成本。但是熱傳導效果和引弧電流均要進行調(diào)整，降低了生產(chǎn)效率，對鎢極的使用壽命有較大影響。

4、因此，針對現(xiàn)有的氬弧焊體系以及其所用的非熔化極鎢極進行改進是實現(xiàn)技術優(yōu)化以及降低能源和物料損耗的重要方向。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述內(nèi)容，為解決氬弧焊的氣體成本高昂、焊縫焊接質(zhì)量差、鎢極壽命短、生產(chǎn)成本高等一系列問題，本發(fā)明提出了一種氬弧焊無氦焊接方法，以及該新方法中所需要使用的新型焊槍電極。

2、本發(fā)明的目的在于：

3、一、降低氬弧焊的焊接成本，提高皺紋護套焊縫的焊接質(zhì)量；

4、二、延長焊槍電極的使用壽命和使用效果，并使其能夠適用于無氦體系焊接。

5、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。

6、一種氬弧焊無氦焊接方法，

7、所述方法包括：

8、1)搭建非熔化極金屬氬弧焊體系，以氬氣作為保護氣體，并以鈰鎢極作為焊槍電極；

9、2)基于步驟1)所搭建的氬弧焊體系，設定焊接參數(shù)；

10、3)清潔金屬焊材焊口，通入保護氣體以氬弧焊體系對焊材進行焊接。

11、作為優(yōu)選，

12、步驟2)所述焊接參數(shù)包括：

13、控制氬氣流量為12～24l/km金屬焊材，引弧電流為50～80a，基值電流為45～69.3a，焊接電流為45～73a/m金屬焊材，焊接速率為3.5～6.0m/min。

14、作為優(yōu)選，

15、步驟1)和步驟3)所述保護氣體中，氦氣濃度≤0.01％vol，氧氣濃度≤0.0015％vol，氫氣濃度≤0.0005％vol，碳含量≤0.001wt％，含水量≤30mg/m2，余量為氬氣。

16、一種焊槍電極，

17、所述焊槍電極為鈰鎢極。

18、作為優(yōu)選，

19、所述鈰鎢極的制備方法為：

20、以鎢粉作為原料，向原料中加入稀土氧化物，依次經(jīng)過壓制和燒結后得到鈰鎢極。

21、作為優(yōu)選，

22、所述稀土氧化物為氧化鈰，其用量為0.01～0.03g/g原料。

23、作為優(yōu)選，

24、所述壓制是采用200～250mpa冷等靜壓。

25、作為優(yōu)選，

26、所述燒結是于還原性氣氛中，進行2200～2300℃恒溫燒結2～3h。

27、為提高焊縫金屬純度、減少焊接缺陷、降低生產(chǎn)成本，基于氬弧焊焊接技術，本發(fā)明提供了一種無氦氣焊接技術，采用鈰鎢極非熔化焊槍電極、高純氬氣進行氬弧焊接，相較于傳統(tǒng)的氬氦混合氣作為保護氣體，采用高純氬氣具有低成本的特點，但如前述的，純氬氣對于鎢極具有一定的不利影響。因為氬氣的導熱性相較于氦氣較差，也相較于氬氦混合氣較差，導致鎢極受熱不均，容易導致局部過熱產(chǎn)生熔融損耗等，甚至于容易導致焊縫夾鎢，導致焊接質(zhì)量下降等問題發(fā)生。而傳統(tǒng)的鎢極始終無法克服該問題，即便調(diào)整了氬氣流量、溫度和焊接電流等，均無法完全避免，因而，最為有效的方式是對鎢極進行改進，如常見的釷鎢極等，但本發(fā)明所提供的鈰鎢極作為焊槍電極是完全不同的。

28、本發(fā)明鈰鎢極非熔化電極具有以下幾點優(yōu)勢：相較于釷鎢電極，鈰鎢極不含有放射性元素，更加安全環(huán)保；鈰鎢極在低電流條件下具有優(yōu)異的起弧性能，適用于精細焊接；鈰鎢極的熔化率低，使用壽命較長，有利于保持端頭形狀，從而降低成本、提高生產(chǎn)效率；相較于釷鎢電極，鈰鎢極的化學穩(wěn)定性更高，陰極斑點小、壓降低、燒損少，熱電子發(fā)射能力強，使得電弧穩(wěn)定、熱量集中，有利于提高焊接過程的穩(wěn)定性，從而提高焊縫質(zhì)量。

29、氧化鈰的用量會對鈰鎢極低性能產(chǎn)生較大的影響，而由于本發(fā)明焊接體系的相對特殊性，鈰鎢極低性能表現(xiàn)受到焊接材料、環(huán)境等因素的影響也較大，而本發(fā)明主要是針對高壓電纜(如110kv高壓電纜和220kv高壓電纜等)等鋁護套焊接進行的焊接技術優(yōu)化，因而主要是針對鋁進行的研究?；阡X帶的成分、熔點、蒸氣壓等特性，本發(fā)明添加氧化鈰。經(jīng)過一系列實驗和表征，發(fā)現(xiàn)少量的氧化鈰會造成鈰鎢電極的引弧性和穩(wěn)定性不足，造成電極過早燒損或低的焊接性能。隨著氧化鈰用量的增加，鈰鎢電極的逸出功降低，引弧性和穩(wěn)定性得到顯著提升，延長了電極的使用壽命，而且使得鈰鎢極的燒損率顯著降低。然而，由于氧化鈰的熱膨脹系數(shù)與鎢不同，所以在高溫操作下，大量的氧化鈰會導致鈰鎢極的晶粒尺寸、結構發(fā)生變化，增加電極內(nèi)部的應力，降低其機械強度，從而導致電極過早退化，并且，由于本發(fā)明體系改變了氣氛環(huán)境，而純氬氣氣氛環(huán)境還增大了溫度的不均勻性，導致容易產(chǎn)生局部過熱等情況，因而鈰的用量也需要相對嚴格控制。此外在某些酸性或堿性環(huán)境中，添加了大量氧化鈰的鈰鎢極更容易受到腐蝕。此外，大量的氧化鈰進入焊接區(qū)域，不僅影響了焊縫的純度和焊接性能，還會引起焊接過程中的污染問題。因此，為了保證鈰鎢極在焊接過程中的優(yōu)異性能，本發(fā)明控制氧化鈰的相對添加量。

30、經(jīng)過冷等靜壓壓制，粉末被均勻壓實，有利于提高鈰鎢極的致密度和均勻性。冷等靜壓是等向壓力，材料能夠在不受外力作用的情況下被壓實，減少了鈰鎢極內(nèi)部的應力集中，有利于制備特定形狀的鈰鎢極，提高鈰鎢極的韌性、耐疲勞性。同時，冷等靜壓是在較低的溫度下進行的，有利于粉末保持原始的微觀結構。

31、鈰鎢極在較高的溫度下燒結，有利于原子充分擴散，高溫提供了克服顆粒間勢能壘的驅動力促進顆粒緊密結合，有利于鈰鎢極的致密度，同時在燒結過程中長大、晶粒間界面減少，其機械性能提高。而且高溫燒結有利于快速完成相變過程。隨著燒結溫度的進一步升高，材料內(nèi)部發(fā)生晶粒長大，過快的晶粒生長導致鈰鎢極韌性不足，還會形成粗大的晶粒，導致材料微觀結構不均勻，導致材料機械性能下降。為了兼顧材料致密度、良好的機械性能，本發(fā)明通過燒結溫度調(diào)控晶粒尺寸。經(jīng)過冷等靜壓、燒結成型制備得到鈰鎢極，如圖1展示了鈰鎢極的詳細尺寸。

32、另一方面來說，焊材的直徑越大，通過的電流就越多，焊縫的體積隨之增加。在高速焊接或焊接電流等參數(shù)不足的條件下，熱量不足以充分熔合焊材和焊條，使用較大直徑的焊材也無法獲得預期的焊縫尺寸；如果焊接速度太慢或焊接電流過大，可能會導致焊縫過度熔合，甚至產(chǎn)生焊接缺陷。焊材厚度決定了焊接過程中焊接電流、焊速和能量分布，為確保焊縫的完整性和性能，不同厚度的焊材需要調(diào)整電流大小和焊速。而且，根據(jù)鋁帶的厚度，為了保證焊接質(zhì)量，本發(fā)明精確地設置了引弧電流?；陔娏?、焊速的設置，本發(fā)明對焊材的規(guī)格、焊接速度、氬氣使用量進行調(diào)整。在水平位置焊接時，通?？梢允褂幂^高的焊接速度，因為熔池冷卻較快，有助于金屬流動和焊縫成形。而在垂直或仰角焊接時，焊接速度需要降低，以避免過快冷卻導致的焊縫缺陷，如氣孔和未熔合。基于焊接速度、經(jīng)濟效益，為了保持電弧的穩(wěn)定性，并確保保護氣體持續(xù)流動，本發(fā)明限制了氬氣使用量。如果氬氣使用量不足，會造成焊縫質(zhì)量顯著降低的問題。

33、本發(fā)明的有益效果如下：

34、(1)本發(fā)明方法焊接后的鋁護套焊縫質(zhì)量好，外觀無明顯損傷，焊縫的機械性能滿足焊接工藝的要求；

35、(2)設備采用焊接電源正極接地，即采用鈰鎢極非熔化極氬弧焊，鈰鎢極長時間工作不易變形，延長了使用壽命，保證了大長度焊接的可能性；

36、(3)利用氬氣易電離的特性，利用氬離子轟擊金屬表面的氧化層，使一般不能實現(xiàn)的直流焊鋁得以很好地實現(xiàn)，相較于相同電流的交流焊，氬弧焊接速度更快；

37、(4)本發(fā)明提供的氬弧焊焊接皺紋鋁護套無氦氣焊接技術可以滿足高壓電纜鋁護套上高質(zhì)量焊縫的要求，還可以用于焊接薄件、小件，適用于單面焊雙面成形及全位置焊接。