用于tig焊接的填充金屬的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于，提供一種用于TIG焊接的填充金屬，其與一般的焊絲填充金屬相比熱流投入面積廣，每單位長度熱量輸入增加，從而可實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。為了達成如上所述的目的，本實用新型的特征在于，電極位于母材上端，在所述電極和母材之間形成電弧(Arc),在所述圓弧周邊供給保護氣體，用于TIG焊接的填充金屬連續(xù)地供給至所述母材上端而為所述電弧所熔融，所述填充金屬的截面為所述電極方向的面向所述電極方向凹陷彎曲的形態(tài)。
【專利說明】
用于TIG焊接的填充金屬
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種用于TIG焊接的填充金屬，更詳細地設及一種具有高焊接生 產(chǎn)性的用于TIG焊接(鶴極惰性氣體保護焊)的填充金屬(filler metal)。
【背景技術】
[0002] -般在發(fā)電設備、海洋設備或石油化學設備的管道設備等，主要使用作為低級材 料的碳素鋼，在其內(nèi)面用不誘鋼或儀合金等具有高強度的耐熱性、耐久性、耐腐蝕性等的異 種金屬實施一定厚度的堆焊而使用。所述堆焊一般稱為育成(build-up)焊接，是在非常脆 弱的環(huán)境中使用物理性質(zhì)弱的金屬時，通過焊接在金屬表面形成涂層，從而提高耐腐蝕性、 耐久性、耐磨性、硬度等的方法，可用較低的單價獲得高的機械及化學性的特性，從而得到 廣泛的使用。
[0003] 就如上所述的育成焊接而言，很多自動化裝置得到開發(fā)而使用。例如，登記專利第 909596號設及一種管道內(nèi)面自動育成焊接裝置，其特征在于，包括:旋轉夾具(chuck)部，管 道插入而固定于所述旋轉夾具部，并為所述旋轉夾具部所旋轉;一對導線(guide wire)，其 對固定于所述旋轉夾具部的管道進行貫通，并沿水平方向平行配置；引張部，其使所述導線 伸張;焊接部，其為所述導線所支撐而可沿著管道內(nèi)部移動，并在管道內(nèi)面進行育成焊接； 控制部，其進行控制，W便管道為所述旋轉夾具部所旋轉的同時所述焊接部向一側移動，從 而在管道內(nèi)面焊珠形成螺旋的同時，進行連續(xù)性的育成焊接。
[0004] 此外，登記專利第383014號設及一種用于熱線化ot wire)TIG焊接的焊炬，設及一 種可在直徑小且長度長的管道內(nèi)面順利地進行育成焊接的用于熱線TIG焊接的焊炬，其特 征在于，包括:連接部;本體部，其連接于所述連接部，具有適當?shù)拈L度且兩末端部分用絕緣 體連接；電極部，其W相對于所述本體部的長度方向形成角度地連接，從而，對管道內(nèi)部直 徑為至少150mm的產(chǎn)品也可進行育成焊接，對具有1.5M長度的管道也可進行內(nèi)部育成焊接， 因此，可適用于直徑小長度長的管道內(nèi)部育成焊接。
[0005] 如上所述的育成焊接裝置，提出其焊接方式為TIG焊接。
[0006] 所述TIG焊接的優(yōu)點在于，焊接部的機械性質(zhì)優(yōu)秀，耐腐蝕性優(yōu)秀，作業(yè)環(huán)境清潔， 但缺點是生產(chǎn)性低。為了提高生產(chǎn)性應提高電流并增加焊接速度，但如果使用大電流，則根 據(jù)電弧壓力導致的強大的電弧力，在烙池表面會產(chǎn)生嚴重的壓入現(xiàn)象，發(fā)生諸如咬邊、焊 珠隆起化皿ping bead)、和分離焊珠等焊接缺陷。
[0007] 此外，為了提高烙敷速度(rate of deposition)和生產(chǎn)性，應提高焊絲(wire)供 給速度，但在使用1.0或1.2mm的焊絲的情況下，由于高的焊絲供給速度，可吸收電弧熱的時 間不足，只要供給成稍微錯開電弧中屯、，焊絲就會不能烙融，脫落至烙池外面而形成未烙融 焊絲。在產(chǎn)生如上所述的未烙融焊絲的情況下，焊接中斷而生產(chǎn)性低，從而在現(xiàn)場用足夠高 的電流進行焊接。因此，在供給速度高的情況下根本上應提高電流，而運種情況的缺點在 于，還是會因大電弧力而產(chǎn)生咬邊等焊接缺陷，母材烙深變大從而適用困難。
[000引為了克服如上所述的缺點，就構成而言，可列舉本
【申請人】申請的專利申請第2012- 0096720 號。
[0009] 所述專利提出了將具有平板形態(tài)的截面的填充金屬適用于TIG焊接，與現(xiàn)有焊絲 形態(tài)相比有高焊接速度的優(yōu)點。
[0010] 但是，在所述專利中，局限于四角形平板截面，因此有變更一部分截面形態(tài)從而改 良為顯示出更高的生產(chǎn)速度的新形態(tài)填充金屬截面。 【實用新型內(nèi)容】
[0011] 本實用新型是為了克服如上所述的現(xiàn)有技術的缺點而提出的，目的在于提供一種 用于TIG焊接的填充金屬，所述填充金屬比一般的焊絲填充金屬熱流速投入面積廣，每單位 長度熱量輸入增加，從而可實現(xiàn)穩(wěn)定的焊接。
[0012] 為了達成如上所述的目的，在本實用新型中，電極位于母材上端，在所述電極和母 材之間形成電弧(Arc),保護氣體供給到所述電弧周邊，用于TIG焊接的填充金屬連續(xù)供給 至所述母材的上端而為所述電弧所烙融，特征在于，所述填充金屬的截面為所述電極方向 的面向所述電極方向凹陷彎曲的形態(tài)。
[0013] 優(yōu)選地，所述填充金屬的截面特征在于，其為用寬度和厚度表現(xiàn)的平板向所述電 極凹陷彎曲的形態(tài)。
[0014] 更優(yōu)選地，所述填充金屬截面特征在于，相對于母材豎直線互相對稱。
[0015] 優(yōu)選地，用于TIG焊接的填充金屬特征在于，所述填充金屬的截面下端是Ξ次樣條 曲線（spline curve)。
[0016] 優(yōu)選地，用于TIG焊接的填充金屬特征在于，所述填充金屬的截面下端是圓弧。
[0017] 優(yōu)選地，用于TIG焊接的填充金屬特征在于，所述填充金屬的截面下端是拋物線。
[0018] 優(yōu)選地，用于TIG焊接的填充金屬特征在于，所述填充金屬的截面下端是W與母材 接觸的地點為中屯、向兩側傾斜的直線。
[0019] 優(yōu)選地，用于TIG焊接的填充金屬特征在于，所述填充金屬的截面包括沿水平配置 的中央平板、和在所述中央平板末端的傾斜平板。
[0020] 更優(yōu)選地，特征在于，所述中央平板的厚度比所述傾斜平板厚。
[0021 ]更優(yōu)選地，特征在于，所述中央平板的厚度是所述傾斜平板厚度的1.1至2倍。
[0022] 優(yōu)選地，特征在于，所述中央平板還包括彎曲部。
[0023] 優(yōu)選地，特征在于，所述寬為3mm至10mm，厚度為0.3至1mm。
[0024] 優(yōu)選地，特征在于，所述填充金屬的材料為不誘鋼。
[0025] 更優(yōu)選地，特征在于，所述填充金屬的材料為在SUS300系列、合金(alloy)625、雙 重(duplex)sts2209及超級雙相鋼(super duplex)中選擇的任何一個。
[0026] 根據(jù)本實用新型的用于TIG焊接的填充金屬，其與現(xiàn)有圓形的填充金屬不同，構成 為向電極方向凹陷彎曲的比較大的截面形態(tài)，由此，寬幅地吸收通過電極傳遞的熱流，從而 熱量輸入增加，因此效果在于，即使在相對低焊接電流和低填充金屬供給速度下，也提供高 生產(chǎn)性和穩(wěn)定的焊接。
【附圖說明】
[0027] 圖1是TIG焊接裝置的一般性構成。
[0028] 圖2是在圖1產(chǎn)生的電弧形狀圖表(gra地）。
[0029] 圖3是W圖2所示的電弧為基礎的一個等離子流曲線圖表。
[0030] 圖4是圖3所示的流曲線的一部分構成。
[0031] 圖5是圖3所示的流中示在一定長度的法線。
[0032] 圖6是連接圖5的法線的截面曲線。
[0033] 圖7是圖5的完成型截面曲線。
[0034] 圖8是圖6的另一個實施例。
[0035] 圖9是圖6的又另一個實施例。
[0036] 圖10(a)、10(b)、10(c)是圖6的又另一個實施例。
[0037] 圖11是適用于實施例的填充金屬截面的長度。
[0038] 圖12是比較例的焊珠照片。
[0039] 圖13是實施例的焊珠照片。
[0040] 圖14是實施例的另一個焊珠照片。
[0041 ]圖15是用于截面分析的說明圖。
[0042] 圖16是比較例的焊珠截面照片。
[0043] 圖17是實施例的焊珠截面照片。
[0044] 圖18是實施例的另一個焊珠截面照片。
[0045] 圖19是實施例的另一個焊珠截面照片。
[0046] 圖20是根據(jù)試驗例4的焊珠形狀。
[0047] 圖21是圖20中形成的焊珠的截面形狀和根據(jù)相應截面的焊珠高度和烙深深度的 數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0048] W下參照附圖對根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例進行具體說明。
[0049] 根據(jù)本實用新型的用于TIG焊接的填充金屬10,其特征在于，將截面的形狀定義為 能夠使從TIG電弧等離子(arc plasma)內(nèi)投入于填充金屬10的熱量產(chǎn)生最多的形態(tài)。
[0050] 首先，如圖1所示，用電極1、母材2、形成于電極1和母材2之間的電弧(arc)3、供給 至所述電弧3周邊的保護氣體(shield gas)4模擬TIG焊接。
[0051] 所述電弧3從電極IW-個點出發(fā)而在母材2形成為一定的寬度，但因為內(nèi)部也傳 遞能量，所W電弧3內(nèi)部的表達也重要。
[0052] 電弧3內(nèi)部可通過作為位置的函數(shù)的等離子流(plasma stream)5表達。在此等離 子流5的輪廓線相當于電弧3的形狀。
[0053] 所述電弧3的平面定義為圓形。換句話說，所述圖1的電弧3定義為軸對稱的形態(tài)。
[0054] 另外，定義為，在如上所述的電弧3中，填充金屬10向法線方向位于等離子流5的情 況下，根據(jù)電弧3的等離子的投入于填充金屬10的熱量最高;本實用新型的特征在于，算出 所述等離子流5的法線面，從而決定填充金屬10截面的形狀。
[0055] 接下來，就所述電弧3的形狀而言，根據(jù)其內(nèi)部的等離子流5而形成于母材2側的平 面的壓力分布或熱流分布假設為具有高斯(Gaussian)分布形態(tài)，而通常的自然現(xiàn)象的概 率，具有高斯分布的形態(tài)的情況很多，就TIG 30焊接上的電弧3而言，如上所述，考慮到W電 極1為起點向母材2擴散的分布特征等的情況下，相當于恰當?shù)募俣ā?br>[0056] 因此，電弧3的形狀f(r)定義為如下。
[0057] .滬):,y微/汾'穀學或打]
[0化引在此，r表示W(wǎng)電極1為原點的半徑方向距離，f (0)表示從電極1到母材2之間的豎 直距離，換句話說，表示電弧3的長度，σ代表分散，根據(jù)電弧3的半徑方向距離選擇所述曰值。
[0059] 圖2是示出σ = 1，f(〇)=5時的電弧3的形狀的圖表。
[0060] 另外，缺點在于:就等離子流5而言，在f(0)的值選擇后，調(diào)節(jié)σ從而W所述等離子 流5接觸母材2的點為基準選定r值，但是，因為高斯分布的特性上沒有正確地接觸于母材2 的情況下收斂，所W不能選定HI。
[0061] 因此，在本實用新型中，對實際電弧3長度追加+10%而形成等離子流5, W在實際 電弧3長度交匯的點為基準選擇r值，從而克服所述缺點。
[0062] 所述電弧3長度變更，在±10% W內(nèi)可適當?shù)剡x擇而構成。
[0063] 圖3是表示十個等離子流5的圖片，所述十個等離子流5是，W電弧3長度5為5.5構 成等離子流5，將在0地點等離子流5交叉的值算定為r，此時r值初期0.25 W后W0.5單位增 加的十個等離子流5。
[0064] 并且圖4是表示去除了電弧3長度的下部0.5的等離子流5的圖片。
[0065] 另外，各等離子流5的路徑中鄰接于原點的等離子流5和X軸的交點，即在y值為零 的地點（或一定值)計算法線，求所述法線和鄰接的等離子流5的交點，在所述交點再求所述 等離子流5的法線的同時，繼續(xù)求各等離子流5的切線的情況下，可求等離子流5的法線連接 曲線。
[0066] 圖5是，等離子流5限定為全體十個，在五個地點利用各法線求交點，示出相應法線 的圖。
[0067] 所述圖5中連續(xù)連接各等離子流5的法線地點的情況下，可得到如圖6所示的曲線 6。
[0068] 基于所述曲線6在等離子W90度碰撞于填充金屬時顯示最高的能量吸收率，則所 述曲線6顯示最高的能量吸收率。此外，所述曲線6為對稱形，因此，實際上如圖7所示的截面 曲線7對于電弧3顯示最高的熱量輸入。
[0069] 換句話說，通過電極1瞬間性生成的所有電弧3相同地W垂直于所述截面曲線7的 方式吸收，從而理論上出現(xiàn)最高的熱量輸入。
[0070] 形成與所述截面曲線7相同形態(tài)的填充金屬10截面顯示最高的熱量輸入，但是，所 述曲線為復雜的式子所表達從而實際制作難，因此可構成進行簡化而增加熱量輸入的形 態(tài)。
[0071] 首先，如圖8所示，填充金屬10截面可定義為，W四角形的平板為基礎截面下端中 屯、位于電弧3原點，此外，截面下端中屯、的傾斜度為0,末端具有一定高度的Ξ次樣條曲線 (spline curve)。
[0072] 在此，優(yōu)選地，四邊形平板的寬為3mm至10mm，厚度為0.3至1mm。
[0073] 此時在平板的寬不到3mm的情況下生產(chǎn)性有問題，在超過10mm的情況下烙融有問 題，此外在填充金屬10不和電極1正確地一致的情況下，有發(fā)生一部分未烙融的憂慮。
[0074] 此外，平板的厚度小于0.3mm的情況下同樣在生產(chǎn)性上有問題，超過1mm的情況下 烙融有問題。
[0075] 此外，所述填充金屬10可適用用于通常的TIG焊接的所有材料。例如，可適用不誘 鋼、SUS300系列、合金625、雙重(duplex)sts2209及超級雙相鋼(super duplex)等。
[0076] 另外，如上所述用Ξ次樣條曲線定義的情況下，優(yōu)點在于，可充分反映所述的截面 曲線7的特性。
[0077] 此外如圖9所示，可設置由圓弧形態(tài)構成的填充金屬10截面。
[0078] 所述截面與所述截面曲線7很類似，此外可從平板彎曲一部分而加W構成，從而與 圓形或平板形態(tài)的填充金屬10相比顯示出更高的熱量輸入。
[0079] 此外，也可設置為中屯、位于原點的二次拋物線。
[0080] 并且，如圖10(a)所示，可設置為折彎的平板形態(tài)。所述截面和截面曲線7有一部分 差異，但是，在填充金屬10末端顯示出高的熱量輸入從而可期待適當?shù)臒崃枯斎搿?br>[0081] 此外，如圖10(b)所示，可實現(xiàn)為，在中央為平板形態(tài)，傾斜的平板設置在所述平板 兩末端的形態(tài)。
[0082] 所述結構在熱量輸入上多少不利，但優(yōu)點在于，填充金屬10的供給和位于電極1的 下部等上有利。
[0083] 就所述圖10(b)的截面而言，中央平板和傾斜的平板可設置為厚度不同，此時中央 平板部分的熱量輸入高，因此，優(yōu)選地，厚度形成為比傾斜的平板更厚，優(yōu)選地，所述中央平 板的厚度形成為所述傾斜的平板的1.1至2倍。
[0084] 在不到1.1倍的情況下，沒有什么其他的效果，在超過2倍的情況下，有在中央平板 部分發(fā)生未烙融的憂慮。
[0085] 此外，如圖10(c)所示，可設置為在中央平板形成彎曲部9。所述彎曲部9可活用為 用于填充金屬10的供給和引導的結構。
[0086] 換句話說，比現(xiàn)有圓形截面形態(tài)的填充金屬10,填充金屬10的截面形狀W平板為 基礎形成為向電極1凹陷，顯示出高的熱量輸入，也比平板形態(tài)顯示出高的熱量輸入。
[0087] 此外，所述填充金屬10截面也可不W平板為基礎，形成為W電極1為基礎凹陷，此 時也可構成為非對稱。
[0088] W下依據(jù)實施例對本實用新型進行詳細說明。
[00例實施例
[0090] 如圖11所示，將截面的寬為5mm、厚度為0.6mm的SUS304材料的平板填充金屬10彎 曲，形成為寬4.6mm、高1.7mm的對稱Ξ次曲線，進行了TIG焊接。
[0091] 此時設定為，母材(base)材料為SS400,焊接速度為38cpm(cm/min)，電流為360A， 電弧長度為7mm。
[0092] 填充金屬10的供給速度從250cpm開始WlOcpm為單位增加至400cpm變化并焊接， 根據(jù)所述供給速度決定每單位時間的烙敷速度(deposition rate)，在250cpm的情況下為 3. Slkg/hr,在400cpm的情況下為5.62kg/h;r,中間供給速度通過插值法（inte巧olation)進 行計算。
[00W] 比較例
[0094] W和實施例相同的條件，用截面的寬為5mm、厚度為0.6mm的SUS304材料的平板填 充金屬10進行TIG焊接。
[00巧]此時填充金屬10供給速度從250cpm開始WlOcpm為單位增加、變化至300cpm進行 焊接。
[00%] 試驗例1(焊珠外形分析)
[0097] W所述實施例和比較例為對象分析了焊珠的外形。圖12是在比較例中針對各供給 速度的焊珠的外形照片，在供給速度為290cpmW上的情況下可確認未烙融現(xiàn)象發(fā)生。
[0098] 圖13及圖14是在實施例中根據(jù)各供給速度的焊珠外形的照片，能夠確認到400cpm 為止形成無未烙融現(xiàn)象的良好的焊珠。
[0099] 試驗例2(焊珠截面分析)
[0100] 分析了根據(jù)所述實施例及比較例形成的焊珠的截面。如圖15所示，就焊珠截面而 言，在母材2表面的兩點像-翁之間用線連接，在中必測定烙深(①地點）。并且沿中必兩側W 2mm間隔追加兩次測定(②、③、④及⑤地點）。^后計算五個烙深深度的平均后，測定最大最 小的烙深深度(⑥及⑦地點）。
[0101] 圖16是根據(jù)比較例的焊珠截面的形狀和相應焊珠截面的烙深深度數(shù)據(jù)，圖17、圖 18及圖19是根據(jù)實施例的焊珠截面的形狀和相應焊珠截面的烙深深度數(shù)據(jù)。通過所述數(shù)據(jù) 能夠確認到實施例顯示出接近比較例的焊接品質(zhì)。
[口…。試驗例3 (最大烙敷速度)
[0103] 通過試驗例1及試驗例2計算最大烙敷速度，則實施例烙敷速度為5.化g/hr，比較 例烙敷速度為3.9kg/hr，根據(jù)實施例的填充金屬10與比較例相比生產(chǎn)性優(yōu)異，此外，如在試 驗例2所確認的，確認顯示出類似的焊接品質(zhì)。
[0104] 試驗例4 (多重焊珠形成試驗)
[0105] 利用實施例的填充金屬10截面形成六個焊珠層，分析了截面的特性。
[0106]此時，就焊接條件而言，設定為，材料為SS400,焊接速度為38cpnKcm/min)，電流為 360A，電弧長度為7mm，設定填充金屬10的材料為STS304、供給速度為360cpm、烙敷面積為 20mm2、烙敷速度為5.02kg/hr、焊炬擺動(weaving)周期為3Hz、擺動長度為5mm。
[0107] 圖20為所焊接的焊珠的形狀，圖21為焊珠截面的照片和在截面的十五個位置針對 焊珠高度和烙深深度的數(shù)據(jù)。
[0108] 從所述圖21可確認生成均一的焊珠。
[0109] W上，用特定的優(yōu)選實施例對本實用新型進行圖示和說明，本實用新型不限定于 所述實施例，在本實用新型所屬的技術領域中具備一般常識者，不脫離在專利權利要求范 圍要求的本實用新型的技術思想的范圍內(nèi)可實施的多樣的形態(tài)的實施例也全部包括在本 實用新型。
【主權項】
1. 一種用于TIG焊接的填充金屬，其連續(xù)供給于母材上端而為電弧所熔融，電極位于所 述母材上端，所述電弧形成在所述電極和母材之間，保護氣體供給于所述電弧周邊，其特征 在于， 所述填充金屬的截面為所述電極方向的面向所述電極方向凹陷彎曲的形態(tài)。2. 根據(jù)權利要求1所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截面 為用寬度和厚度表現(xiàn)的平板向所述電極凹陷彎曲的形態(tài)。3. 根據(jù)權利要求2所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截面 為相對于母材垂直線互相對稱。4. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截 面下端是三次樣條曲線。5. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截 面下端是圓弧。6. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截 面下端是拋物線。7. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截 面下端是以與母材接觸的地點為中心向兩側傾斜的直線。8. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的截 面包括沿水平配置的中央平板、和在所述中央平板末端的傾斜平板。9. 根據(jù)權利要求8所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述中央平板的厚度 比所述傾斜平板厚。10. 根據(jù)權利要求9所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述中央平板的厚度 是所述傾斜平板厚度的1.1至2倍。11. 根據(jù)權利要求8所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述中央平板還包括 彎曲部。12. 根據(jù)權利要求2所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述寬度為3mm至 10mm,厚度為0.3至1mm。13. 根據(jù)權利要求1至3中的任意一項所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所 述填充金屬的材料為不銹鋼。14. 根據(jù)權利要求13所述的用于TIG焊接的填充金屬，其特征在于，所述填充金屬的材 料為在sus300系列、合金625、雙重sts2209及超級雙相鋼中選擇的任何一個。
【文檔編號】B23K35/04GK205571753SQ201390001246
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2013年12月3日
【發(fā)明人】趙相明, 吳東洙, 咸孝植, 河炫珠, 申喜燮, 田在鎬, 卞在奎, 樸廷玹, 權赫庸
【申請人】趙相明