不銹鋼氣體熔池耦合活性TIG焊熔池表面氮、氧元素過渡行為研究.pdf

1、氣體熔池耦合活性TIG焊是一種新型雙層氣體保護活性TIG焊方法，其特殊性在于內(nèi)層采用惰性氣體為保護氣體，保護熔池和鎢極，外層采用活性氣體或氮氣或活性氣體與氮氣的混合氣體為保護氣體，將活性元素和N元素引入熔池，顯著增加焊接熔深，改善焊縫性能，并可通過調(diào)節(jié)耦合度，細(xì)微控制焊縫成形和性能。本文通過驟冷法獲取保留高溫熔池內(nèi)N、O元素的分布規(guī)律與存在形式，采用AES、氮氧分析、XPS、EDS等分析方法分析N、O元素在熔池內(nèi)的存在形式與分布規(guī)律，然

2、后根據(jù)氮氧元素單獨過渡時熔池內(nèi)N、O元素的存在形式與分布規(guī)律研究氮氧元素單獨過渡行為，最后根據(jù)氮氧元素聯(lián)合過渡時熔池內(nèi)氮氧元素的分布規(guī)律及存在形式，結(jié)合氮氧元素的單獨過渡行為，研究氮氧元素在熔池表面的聯(lián)合過渡行為。
　　針對以氧氣為外層保護氣體的GPCA-TIG焊，利用AES分析了O元素在熔池內(nèi)的分布，發(fā)現(xiàn)熔池表面存在一個富氧層，O元素主要在熔池前部進入熔池，中部和后部以O(shè)元素的吸附為主，耦合度發(fā)生變化時熔池內(nèi)O元素的分布也會發(fā)生

3、變化。利用氮氧分析儀對熔池內(nèi)部O含量進行測量，發(fā)現(xiàn)耦合度為+2時熔池內(nèi)的O含量高于耦合度為0時熔池內(nèi)的O含量。利用XPS分析了熔池表面O元素的存在形式，熔池表面O元素主要以各種氧化物的形式存在。通過EDS對焊縫截面進行了分析，在焊縫氧化層及焊縫氧化層附近O元素同樣是以各種氧化物的形式存在。結(jié)合O元素在熔池中的存在形式與分布規(guī)律研究了氧元素在熔池表面的過渡行為，O元素在熔池表面的過渡過程可以簡化為直接氧化和間接氧化兩個過程。
　　針

4、對以氮氣為外層保護氣體的GPCA-TIG焊，利用AES分析熔池內(nèi)N元素的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)N元素在熔池內(nèi)整體上呈現(xiàn)均勻分布，熔池低溫區(qū)域吸附更多的N元素。利用氮氧分析儀對熔池內(nèi)N元素的含量進行測定，當(dāng)耦合度發(fā)生變化時熔池內(nèi)N元素含量變化不大。通過XPS分析了熔池表面N元素的存在形式，熔池表面N元素主要以原子形式存在。利用EDS對焊縫中N元素進行分析，N元素含量均低于0.1％，認(rèn)為都是原子N的形式存在于焊縫之中。結(jié)合熔池中N元素的存在形式和分

5、布規(guī)律研究了N元素在熔池表面的過渡行為，N元素在熔池表面主要是原子N的形式進入熔池。
　　針對以氮氣和氧氣的混合氣體為保護氣體的GPCA-TIG焊，利用AES分析N、O元素在熔池不同區(qū)域內(nèi)的分布，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熔池表面富氧層厚度較小，熔池內(nèi)的N元素在整體上呈現(xiàn)均勻分布。利用氮氧分析儀對熔池內(nèi)N、O元素含量進行了測定，發(fā)現(xiàn)耦合度為+2時熔池內(nèi)N含量較高但氧含量較低，耦合度為O時正好相反。利用XPS分析了熔池表面N、O元素的存在形式，發(fā)現(xiàn)氧

6、元素主要以各種氧化物的形式存在，而N元素主要以原子形式存在。通過對焊縫的EDS發(fā)現(xiàn)，焊縫中O元素主要是以氧化物形式存在，N元素主要以原子形式存在。根據(jù)熔池中N、O元素的存在形式和分布規(guī)律，結(jié)合氮氧元素單獨過渡行為，研究氮氧元素在熔池表面的聯(lián)合過渡行為，氮氧元素在熔池表面的過渡過程可以簡化為進入和析出兩個過程。N、O聯(lián)合過渡是一個相互影響的過程，熔池前部的氧化物阻礙N元素的吸附，熔池后部的氧化物阻礙N元素的析出;N元素在熔池表面的吸附減少