等离子热源特性对气体钨弧焊金属氮吸收的影

1引言

气体屏蔽弧焊(如气钨弧(GTA)焊接和气体金属电弧(GMA)焊接)作为一种高效、高质量的焊接方法，在工业中得到了广泛的应用。Shieldi吴氏气体用于将电弧等离子体和熔融金属屏蔽在大气中，对获得高质量的焊缝金属具有重要作用。

氮气被称为焊接的杂质气体，对焊缝金属的氮吸收进行了大量的研究[1-3]。一般情况下，电弧焊中焊缝金属的氮含量g不遵循Sievert定律，而是显著增加，只有百分之几的氮混合到屏蔽气体[1]中，如图所示。在Ar1%N2的情况下，氮含量较高焊缝金属的T达到氮平衡溶解度[2]这是定义为在%氮气分子1大气压下的K的铁水。在弧焊中考虑屏蔽气体中的氮分子在等离子体区域被解离并转化为氮原子，从而加速了对熔融金属的氮吸收。

另一方面，也提交了一些关于屏蔽气体组分对焊缝金属氮含量影响的报告。小林等人的报告。[4]GMA焊接de可怕的是，由ArN2或HeN2组成的气氛使焊缝金属中的氮含量达到氮平衡溶解度氮混合比为百分之几。然而，在较低的氮MI条件下，H2N2或CO2N2的混合物很可能导致焊缝金属中氮含量相对较低混合比率。这种倾角与GTA焊接相同，[5]认为H2N2的气氛相对于相同n的ArN2在焊缝金属中的氮含量较少氮混合比。

如上所述，假设屏蔽气体构成电弧等离子体的活化气体，并对熔融金属通过PLA的吸氮现象产生重大影响SMA热源特性。因此，本文的目的是阐明等离子体热源特性对GTA焊接中焊缝金属氮含量的影响。在科室测量了1%氮混合屏蔽气体中焊缝金属的氮含量，并在第3节中对等离子体温度和熔池温度进行了光谱测量对影响氮解离现象的TURE进行了研究。此外，在第4节中，等离子体热源特性对熔融金属吸氮现象的影响通过数值分析进行了考虑。

2焊缝金属的氮含量

表一

基本金属的化学组成

采用超低碳钢进行实验。钢板的化学成分见表1。这是一个几乎不含合金的纯铁的部件系统要素。对宽度为50mm、长度为mm、厚度为6mm的钢板进行了板焊。采用了一种逆变器式直流电源在直极性下进行Nd焊接直径为3.2mm，尖端角度为60°的钨电极。焊接电流、电弧长度和行程速度分别固定在A、5和mm/min。氩，氦，a将ArHe的混合气体和ArH2的混合气体混合在一起，其中1%的氮被用于屏蔽气体。

焊接珠外观的例子，其中Ar1%N2，He1%N2和Ar7%H21%N2分别用作屏蔽气体，如图所示。在使用He1%N2或Ar7%H21%N2，喷吹在焊缝中没有产生OLS，但在使用Ar1%N2时产生了显著的OLS。

图3显示了在Ar1%N2屏蔽气体中与各种氢或氦混合比焊接的焊缝金属的氮含量。从焊珠的外观上推测，这是一个上升在氦或氢的混合比中，焊缝金属的氮含量降低。特别地，当氢气被混合时，焊缝金属氮含量主要是dimini焊缝金属的氮含量变化不大，维持在0.04%左右，而氦混合比超过80%时，氮含量急剧下降%。

这种倾角类似于ArHe混合气体和ArH2混合气体中的电弧电压。换句话说，众所周知，在氦混合物r处产生的电弧电压与氩几乎相同然而，即使在ArH2气体中有较小的氢混合比，也可以获得较高的电弧电压。

因此，比较了电弧电压与焊缝金属氮含量之间的关系。如图所示。电弧电压的增加逐渐减小焊缝金属氮含量与屏蔽气体类型无关。此外，这一结果允许我们推测等离子体热源charac之间存在着极其密切的相关性特征和焊缝金属氮含量。

同时，假设电弧电压的增加，即提高等离子体温度，提高了氮在等离子体中的解离比。因此，这似乎带来了不一致认为电弧电压的增加会降低焊缝金属的氮含量。然而，已知电弧等离子体具有高能量密度，如氦弧或ArH2Mixtur电弧从熔池产生大量的金属蒸气。生成的金属蒸气影响等离子体的热源特性；并根据氦的数值分析山本等人的电弧。例如，据报道，金属蒸气的产生降低了熔池附近的等离子体温度。

图2焊接珠外观为1%N2混合Ar弧、He弧和Ar7%H2屏蔽气体

因此，解离氮状态与等离子体温度的关系如图所示。氮的解离比作为氮原子总和的比值处理氮离子与整个粒子数的关系。在K的等离子体温度下，氮开始解离，在大约10,K的温度下几乎完全解离。

一般认为电弧等离子体的最高温度在20,K左右，氮几乎处于完全解离状态。然而，假设等离子体温度急剧升高在熔池附近y减小，因为熔池表面的温度被认为是大约-0K。此外，等离子体温度在附近由于金属蒸气的产生，熔池进一步减小。因此，人们认为在金属蒸气的产生下对等离子体温度的量化使我们能够了解熔池中氮的解离特性和氮的吸收现象。

3等离子体温度和熔池温度的光谱测量

3.1温度测量方法

测量了氩弧、氦弧和Ar7%H2弧的熔池等离子体温度和表面温度。通过t的光谱测量来确定温度他的静止电弧被点燃在一个10毫米厚的纯铁板上。焊接电流和电弧长度分别固定在A和3mm。