Как контролировать пористость при сварке в среде защитного газа (GTAW) с помощью сварочного робота?

В процессе сварки вольфрамовым электродом в защитном газе (TIG/GTAW) пористость является распространенным дефектом сварки, в основном вызванным захватом газа, загрязнением основного материала или поверхности сварочной проволоки и отказом защитного газа. Контроль пористости требует многогранного подхода, учитывающего сварочные материалы, параметры процесса, методы работы и окружающую среду. Ниже приведены конкретные меры контроля:

I. Предварительная обработка сварочных материалов (контроль первопричин)

1. Очистка поверхности основного материала

Удаление загрязнений: Перед сваркой тщательно удалите масло, ржавчину, окалину, влагу, краску и т. д. с области сварки и радиусом 20 мм вокруг нее.

Углеродистая сталь / Нержавеющая сталь: Используйте наждачную бумагу или проволочную щетку для полировки до появления металлического блеска или протрите ацетоном или спиртом.

Алюминиевый сплав / Магниевый сплав: Сначала удалите оксидную пленку механическим способом (например, соскребанием), затем очистите ацетоном, избегая остаточной влаги.

Сушка: Если основной материал влажный, нагрейте до 100–150 ℃ для сушки (особенно нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы), чтобы уменьшить пористость водорода, вызванную испарением влаги.

2. Качество и хранение сварочной проволоки

Используйте качественную сварочную проволоку: Убедитесь, что поверхность сварочной проволоки свободна от масла, ржавчины и что упаковка неповреждена и не влажная (алюминиевая сварочная проволока легко окисляется и должна храниться в герметичной таре).

Сушка: Влажную сварочную проволоку (например, сварочную проволоку из нержавеющей стали) можно сушить при 150–200 ℃ в течение 1–2 часов. При использовании поместите ее в изолированный контейнер (≤100 ℃), чтобы избежать вторичного поглощения влаги.

II. Контроль защитного газа и системы подачи газа

1. Оптимизация чистоты и расхода газа

Требования к чистоте газа:

Чистота аргона должна быть ≥99,99% (примеси, такие как O₂, N₂, H₂O, вызывают пористость), особенно при сварке нержавеющей стали, титановых сплавов и других чувствительных материалов, следует использовать аргон высокой чистоты (99,999%).

Смешанные газы (например, аргон + гелий) должны смешиваться в соответствии с требованиями процесса, чтобы избежать отклонений соотношения газов, влияющих на защитный эффект.

Регулировка расхода:

Расход аргона обычно составляет 8–15 л/мин, регулируется в зависимости от сварочного тока и толщины заготовки:

При высоком токе, толстых листах или наружных работах (ветреные условия) расход можно увеличить до 15–20 л/мин для усиления защиты;

При сварке тонких листов (<2 мм) или в закрытых помещениях без ветра расход можно соответствующим образом уменьшить до 8–10 л/мин, чтобы избежать засасывания воздуха из-за турбулентности газа.

2. Проверка системы подачи газа на утечки

Регулярно проверяйте на наличие утечек в газопроводах, вентилях баллонов, расходомерах и газовых трактах сварочной горелки (используйте мыльную воду для обнаружения утечек), чтобы предотвратить смешивание воздуха с защитным газом.

Сопло сварочной горелки не должно быть повреждено, чтобы обеспечить равномерный поток газа. При необходимости замените сопло или направляющую потока, чтобы предотвратить рассеивание газа.

III. Оптимизация параметров сварочного процесса

1. Соответствие тока и скорости сварки

Избегайте чрезмерного тока: Чрезмерный ток приведет к слишком высокой температуре сварочной ванны, газы (такие как CO₂, H₂) в сварочной ванне не будут выходить вовремя, образуя пористость. Перегрев основного материала также может привести к прожогу.

Контроль скорости сварки: Слишком высокая скорость увеличит скорость охлаждения сварочной ванны, препятствуя выходу газов; слишком низкая скорость удлинит время выдержки при высокой температуре сварочной ванны, легко поглощая внешний воздух (особенно при сварке сверху и вертикальной сварке).

Пример: При сварке листа из нержавеющей стали толщиной 3 мм рекомендуется ток 100–120 А и скорость 150–200 мм/мин, чтобы обеспечить эллиптическую форму сварочной ванны и ее стабильное течение.

2. Выбор длины дуги и полярности

Сварка короткой дугой: Длина дуги контролируется в пределах 1–3 мм (примерно равна диаметру сварочной проволоки). Длинные дуги легко засасывают воздух и обладают плохой стабильностью дуги.

Соответствие полярности:

При сварке углеродистой стали и нержавеющей стали обычно используется постоянный ток прямой полярности (заготовка подключена к положительному полюсу), что приводит к стабильной дуге и умеренной глубине проплавления;

При сварке алюминиевых и магниевых сплавов следует использовать переменный ток (или постоянный ток обратной полярности), чтобы использовать эффект катодной очистки для разрушения оксидной пленки и избежать выгорания вольфрамового электрода, вызванного постоянным током обратной полярности.

IV. Методы работы и контроль окружающей среды

1. Стандартизированные процедуры работы

Техника зажигания и гашения дуги:

Зажигайте дугу на краю скоса, чтобы избежать брызг и пористости, вызванных прямым зажиганием дуги на поверхности основного материала;

При гашении дуги заполните кратер (используя затухающий ток или многократную подачу проволоки), чтобы предотвратить усадку кратера. При необходимости используйте заполнительный лист кратера.

Время и угол подачи проволоки:

Проволоку следует медленно подавать в переднюю часть сварочной ванны (область с немного более низкой температурой), чтобы избежать контакта проволоки с вольфрамовым электродом (что приведет к загрязнению вольфрамового электрода и пористости включений вольфрама);

Поддерживайте угол 15°–20° между сварочной проволокой и заготовкой, чтобы избежать блокировки потока защитного газа.

2. Меры защиты от окружающей среды и ветра

Защита от ветра в зоне сварки: Для наружных работ или скорости ветра > 2 м/с следует устанавливать ветрозащитные экраны или ветрозащитные щиты, чтобы предотвратить сдувание защитного газа (используйте ленты для определения направления потока воздуха).

Control environmental humidity: When the air humidity is > 80%, it is easy to cause the weld to absorb moisture and produce hydrogen porosity. A dehumidifier or heating of the base material can be used to reduce humidity.