A-TIG焊接简述

.在各种焊接方法中，TIG焊是典型的热传导型焊接方法，焊接过程平稳，焊缝质量良好，焊接操作时工作环境优越，因此得到了广泛的应用1林三宝，范成磊，杨春利主编高效焊接方法M北京：机械工业出版社，2011-12:01。但值得注意的是，传统TIG焊接有个较为明显的弱点，即焊缝熔深较浅、生产效率低，原因是受限于传统TIG焊接钨极的载流能力。于是如何提高TIG焊接的生产效率成为了每一个焊接工作者的奋斗目标。而活性化焊接A-TIG焊（Activating flux TIG welding）正是近几年兴起的这样一种绿色高效焊接技术，并受到人们越来越多的关注与亲睐2袁玉兰，王惜宝，吴顺生，朱东妹活性剂在焊接中的应用及展望N材料导报，2005-08（19-8）。活性化焊接是把某种组分（单一组分或者混合组分的物质成分）的活性剂涂敷在焊件母材的焊接区，在与传统TIG焊相同的规范下进行焊接，焊接熔深将大幅度的提高。传统TIG电弧在进行钢、铝合金等材料的焊接时，由于电弧本身的原因，在使用正常规范焊接参数的情况下，综合考虑焊缝深宽比以及成形方面的要求，通常单道焊接只能获得非常小的熔深。这个原因导致传统TIG焊在遇到厚度较大的板材或管材时，如果需要焊缝成形良好，并且背面完全熔透，就需要进行多层焊接，且要在焊接前进行坡口加工。如此，不仅工序复杂，还降低了生产效率。而活性化焊接法就是在这样的一个时代背景下由前苏联巴顿焊接研究所（PWI）在20世纪60年代中期所提出，80年代初期，该种方法就在各种材料（尤其是钢、钛合金）的焊接中取得了良好的结果。活性化焊接的原理实际上是焊前在待焊区域涂敷某种活性焊剂，焊接过程中在活性焊剂的作用下引起焊接电弧收缩，电弧能量密度增加，电弧力增大，最终导致焊缝熔深增加的一种焊接新工艺3葛小层ATIG焊接技术的研究与发展J新技术新工艺热加工技术,2004(02):38-40。在A-TIG焊接工艺中，一般采用I字型坡口，在焊接不锈钢材料时，其单层焊的熔深相对传统TIG焊接可以增加 23倍左右，对于8mm厚度的304不锈钢板可以不开坡口一次获得较大的熔深或一次性焊透4刘凤尧，林三宝，杨春利，吴林TIG焊活性剂对焊缝成形的影响N焊接学报,2002-02(23-1)。对于6mm厚度的6061铝合金材料的焊接也能取得相对传统TIG焊接较好的结果。这样使得TIG焊接的发展应用具有很大的优势，不仅可以大大提高生产率，降低生产成本，同时还可以获得较高质量的焊缝，还使得TIG焊接不仅仅局限于薄壁焊接和厚大构建的打底焊接。A-TIG焊接技术要点在于活性剂组分的选配。市面上流动的活性剂成分主要分为氧化物、卤化物。针对不同的焊接母材，活性剂成分也不尽相同。由于专利限制的因素，无法获得相关材料活性剂成分的配方。于是本文主要针对304不锈钢和6061铝合金材料，按正交试验法选择出不同活性剂配比最佳的配方进行焊接实验，验证不同配比活性剂对焊缝成形的影响。1.2 A-TIG焊接应用、发展现状及研究由于ATIG焊可以在获得良好的焊接接头的同时，降低生产成本，提高生产效率，获得巨大的经济效益，在国内外已用于工业生产并得到推广，尤其是在汽车、船舶、电力、化工行业、航空航天等重要工业领域。在俄罗斯和乌克兰，该技术已被广泛应用于固体火箭发动机的制造中。俄罗斯也已将该项技术应用于加工焊接核反应堆管子部件、气体钢瓶、汽车轮毂和压力容器等重要工程结构上，并且获得了很好的经济效益5王海涛活性焊接法在管子焊接中的应用D兰州：兰州理工大学，2009：01-02。同时英、美、日等国家对ATIG焊技术的研究开发也给予了高度重视。美国的爱迪生焊接研究所(EWI)与海军连接中心(NJC)在短短几年内研制出适用于碳钢、不锈钢以及镍基合金的活性焊剂配方，并且正在加紧研究适用于铝合金及钛合金的活性焊剂6葛小层试论ATIG焊接技术的研究与发展J焊接技术，2003，32（3）：18-19。英国和日本的目标是研究和开发焊接熔深更大、生产效率更高、性能更优、适合各种材料(特别是钛材料、高镍合金及铜一镍合金)焊接的活性焊剂涂层材料6。目前，国内活性化焊接只是处在起步阶段，而在国外活性剂已经有了比较成熟的应用，但由于技术保密性和重要性，几乎无法在公开出版物上查询到相关活性剂配方，即使有也漏掉了一些关键的因素。现在市面上常用的活性剂成分主要有氧化物、卤化物两大类。针对不同的材料，选用的活性剂成分不尽相同。下面介绍一些常用材料的A-TIG焊的开发和应用。不锈钢从现有的资料表明不锈钢的活性化焊接的活性剂主要成分为氧化物。PWI给出了FS-71活性剂参考成分（质量分数）为SiO2(57.3%)、NaF(6.4%)、TiO2(13.6%)、Ti(13.6%)和Cr2O3(9.1%)；美国专利5804792给出了参考成分（质量分数）为TiO或TiO2(50%)、Cr2O3(40%)以及SiO2(10%)。从大多数研究人员的实验结果可以看出，氧化物和卤化物都可以增加焊缝的熔深，但增加的程度不一样，对于不锈钢来说，氧化物作用效果更为明显。钛合金钛合金在进行A-TIG焊接的时候，由于它在高温环境下对氧元素敏感，所以它的活性剂主要成分为卤化物。哈尔滨工业大学利用自行研制的钛合金活性剂焊接了5mm厚度的Ti31钛合金管道对接环缝，相对传统TIG焊接熔宽变窄，熔深增加。PWI研制的钛合金焊接活性剂已经用于航空发动机钛合金的焊接中。另外，在进行实验的时候还发现，活性剂还可以消除钛合金传统TIG焊接时候产生的氢气孔，还有良好的净化焊缝氧含量的作用。铝合金铝合金活性化焊接，可有效地使铝合金焊缝熔深增加。构成铝合金的活性化焊剂通常可分为氧化物和卤化物两类。另外，不同化学试剂物理化学性质不同，作为焊剂组分所起到的作用也不同，同时不同配比对工艺性能也有重要影响7张学军，李艳，张文扬，李小飞铝合金活性焊剂研究J焊接，2012，(7)：38 -42。甘肃工业大学黄勇等进行了SiO2、A12O3、MnO2、TiO2、Cr2O3、B2O3、V2O3、MgO、Fe2O3、NaCl、CaF2、SrCl2等常见氧化物和卤化物的铝合金(LF21)交流A-TIG焊，研究了单一组分活性剂对焊缝熔深的影响8黄勇，樊丁铝合金交流ATIG焊熔深增加机理的研究导电通道电阻对焊缝熔深的影响J焊接，2003，(4)：9 -11。实验结果表明，有的活性剂在一定程度上能增加LJ21铝合金焊缝熔深，有的反而使熔深减小。氧化物中SiO2增加熔深效果最好，Cr2O3、B2O3、V2O3次之，MnO2、A12O3。使熔深减小。卤化物中CaF2使焊缝熔深增加，NaCl、SrCl：使焊缝熔深减小。另外，卤化物增加焊缝熔深的效果没有氧化物的效果好。镍基合金镍基合金焊接活性剂的主要成分为氧化物，也有的活性剂采用卤化物成分。EWI在2000年前后开发了用于镍基合金A-TIG焊的活性剂，并在工业企业中进行了试用9刘鹏，郑惠锦，陈家本活性剂焊接技术的研究现状R上海：上海船舶工艺研究所，2012-10-21。其研制活性剂主要针对镍基合金Alloy60