A-TIG焊接技术的原理及应用

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1、A-TIG焊接技术的原理及应用助焊剂TIG焊技术（A-TIG)在19世纪90年代末期受到国外的高度重视，同传统的TIG焊相比，在相同的规范下活性化焊接能够大幅度地提高生产率、降低生产成本，而无需更换生产设备。A—TIG焊的主要应用材料已经从最初的钛合金扩展到不锈钢、碳钢和高温合金等材料，应用范围日益扩大。而我国A-TIG焊技术的研究和开发才刚刚开始。普通TIG焊广泛用于有色金属（钛合金、铝合金等)、不锈钢和高温合金等的焊接生产，在惰性气体的保护下可以获得高质量的焊接接头。但TIG焊的主要不足是其单道可焊厚度小(3mm)、焊接效率

2、低。对于厚度较大的焊件，需要开坡口或进行多层焊。因此目前TIG焊多用于薄件或多层焊的打底。助焊剂TIG焊技术(A-TIG)能够解决上述问题。A-TIG焊最早是南乌克兰E.O.Paton焊接研究所（PWI）在60年代开发的技术，并在前苏联用于能源、化工和航空航天工业的焊接生产中。1.A-TIG焊的主要的优点：(1)操作简单、方便、成本低一一A-TIG使用特殊研制的助焊剂(也称为活性剂)，在焊前涂敷到被焊工件的表而，使用普通的TIG焊焊接设备和参数规范就可以进行焊接。焊后附在焊缝表而的熔渣可以简单地采用刷洗的方法去除，不会对焊缝产生

3、污染。（2)大幅度地提高焊接效率、降低焊接成本一一在焊接规范参数不变的情况下，与常规TIG焊相比，A-TIG焊可以提高熔深一倍以上（对于12mm厚度不锈钢可以单道一次焊透)，而且不增加正面焊缝宽度。因此对于中等厚度的材料可不开坡口一次焊透，对于更厚的焊件则可以减少焊道的层数。对于薄板A-TIG焊可以提高焊接速度，或者使用小规范焊接，减小热输入及减小焊接变形。图l示出焊接不锈钢厚板lm长焊缝各种焊接方法所需的焊道层数和焊接时间对比，可以看出，A-TIG焊对减少焊道层数和缩短焊接时间有明显的效果。图2示出了6mm厚度不锈钢板使用TI

4、G焊和A-TIG焊的熔深对比情况。（3)提高焊接质量一一A-TIG焊通过在同等速度下采用小规范，可以有效地减少焊接变形。通过调整活性剂的成分，可以改善焊缝的组织和性能。此外，钛合金活性化焊接能够消除常规TIG焊所表现出的氢气孔，也可以净化焊缝(降低焊缝中的含氧量)。对于表面清理不当、保护出现问题或者潮湿气候下的焊接，钛合金常规TIG焊缝中容易出现气孔，而采取活性化焊接后，气孔没有出现。图3示出l.2mm厚度钛合金扳对缝焊接时气孔产生情况，在未涂敷活性剂区域，焊缝中产生了较多量的气孔，而涂敷活性剂区域没有产生焊接气孔。(4)焊缝正

5、反面熔化成形好一一A-TIG焊得到的焊缝，其正反面熔化宽度比例更趋合理，熔宽均匀稳定，由于焊件散热条件变化或者夹具(内涨环)压紧程度不一致所导致的背面出现蛇形焊道及不均匀熔透(或非对称焊缝)的程度减低，对保证焊缝使用性能有利。(5)适用范围广泛一一A-TIG焊最初是开发用来消除钛合金焊缝气孔，后来应用在提高钛合金的熔深和焊缝性能上。目前A-TIG焊可以用在钛合金、不锈钢、镍基合金、铜镍合金、碳钢上，PWI还开发了相关的药芯焊丝用于MIG焊中。A-TIG焊可以广泛地用于航空、航天、造船、锅炉和汽车车辆等应用上述材料又需要高质量焊缝

6、的场合。2.与A-TTG焊的作用机理有关的学术观点2.1“电弧收缩”理论针对A-TIG焊发生的明显的电弧收缩现象，人们在电弧方而作了较多的研究，并认为“电弧收缩”对熔深增加有很大的影响。“电弧收缩”理论认为：活性剂在电弧高温下蒸发后以原子态包围在电弧周边区域，由于电弧周边区域温度较低，活性剂蒸发原子捕捉该区域中的电子形成负离子并散失到周围空间。负离子虽然带的电量和电子相同，但因为它的质量比电子大得多，不能有效担负传递电荷的任务，导致电场强度E减小，根据最小电压原理，电弧有自动使E增加到最小限度的倾向，结果造成电弧自动收缩(如图4

7、所示)，电弧电压增加，热量集中，用于熔化母材的热量也增多，从而使焊接熔深增加。在相同的亲合能条件下，解离温度越高越有利于电弧收缩。比如，氟比氯更有利于电弧收缩。氧化物也有类似的效果，虽然它们的电子亲合能比卤化物小，但其解离温度比卤化物高，故其电弧收缩效果不一定比卤化物小。电流增加会提高电弧温度，负离子形成机率相对减少，解离机率也将减少，故电弧收缩倾向下降。文献指出：在用活性剂焊接超过8mm的钢板时，由于需要大的电流，而活性剂随电流的增加更大程度地由弧柱中心向电弧周围扩散并散失，当电流超过一定值时，活性剂完全扩散，不再起作用。另外

8、，焊接速度增加会降低热输入，负离子形成机率也有一定增加。虽然负离子出现对于电弧收缩是一个很好的解释，可是由于负离子本身的特性和试验手段的缺乏，负离子理论也只是一个未经过实践证实的学说而已。2.2“阳极斑点”理论“阳极斑点”理论认为：在熔池中添加硫化物、氯化物、氧