材料连接技术15-3

1、 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering材料连接技术材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques 赵兴科赵兴科 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering2 电弧焊接新技术2.1 药芯焊丝自保护焊2.2 活性助剂钨极氩弧焊2.3 冷金属过渡电弧焊2.4 窄间隙电弧焊 School of Materi

2、als School of Materials Science & Science & Engineering Engineering2.2 活性焊剂氩弧焊活性焊剂氩弧焊钨极氩弧焊钨极氩弧焊这是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接过程中钨极不熔化，只起电极的作用。同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可根据需要另外添加金属。在国际上通称为TIG焊。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering钨极氩弧焊熔深浅，能很好地控制热输

3、入，是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。几乎可以用于所有金属的连接，尤其适用于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属以及象钛和锆这些活泼金属。电弧熔深小，板厚在3mm以上的不锈钢需采用多道焊甚至开坡口工艺，生产效率低。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering乌克兰巴顿焊接研究所于20世纪60年代发明。根据焊缝中微量元素影响焊缝熔深的这一现象，于焊接前将含有某些微量元素的活性焊剂涂在待焊工件表面上进行焊接，用以影响焊缝的形状，从而达到有选择地控制焊缝形状的目的，随后逐步

4、形成A-TIG焊接技术。通过调整活性焊剂的成分改善焊缝的组织和性能。A-TIG School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering90年代末美国和英目也研制出了用于奥氏体不锈钢、低合金钢的氩弧焊焊剂 。此类焊剂已被美国海军用于舰船用管道系统及其零部件的焊接。国际市场上已有针对不同材料的焊剂出售，国内尚不成熟。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering在相同

5、的焊接规范下，A-TIG焊较常规TIG焊可以大幅度提高焊接熔深，最大可达300%，而正面焊缝宽度无明显增加。活性TIG焊是采用活性助焊剂使单道焊接熔深大大增加的一种高效焊接方法。2.2.1 A-TIG技术特点 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering焊接接头预先喷洒的活性剂。焊缝形状系数（熔宽比值）接近1。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineerin

6、g与传统的手工电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊等焊接方法相比，A-TIG 焊具有质量可靠、生产效率高的优点。与激光焊、电子束焊、等离子焊相比， A-TIG 焊具有焊接设备简单，成本低廉，操作灵活的优点。1)提高熔深，提高生产效率；2) 减小构件焊接变形；3)降低生产成本。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering2.2.2 A-TIG焊熔深机理国内外许多学者关于活性剂增加熔深机理方面的研究已开展许多工作，但是仍存在较大争议，未形成统一的理论体系。具有代表性的理论是“电弧收缩理

7、论”，“表面张力变化影响学说”。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering（1）电弧收缩理论）电弧收缩理论由A.G.Simonik于1976年提出电弧收缩理论，此理论将电弧收缩和熔深增加归因于电子吸附。形成熔池的能量来源于焊件表面吸收的电子动量。焊件表面产生的能量由阳极压降对电子加速所得动能和热量的集中程度决定。由于电流密度增加和电压增大，阳极温度随着电弧收缩上升。 School of Materials School of Materials Science & Sc

8、ience & Engineering EngineeringAnodeWork pieceHeat flowCharged particlesIonised atomsElectrons formed by thermionic emissionTungeten electrodeCathode School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering等离子弧 School of Materials School of Materials Science & Science & En

9、gineering EngineeringA-TIG焊剂中含有活性物质，这些物质在电弧高温的作用下蒸发，以原子形态包围在电弧周边区域，通过捕捉电子使电弧收缩。电子吸附只能在电弧外围较冷区域发生，在这一区域低场强中的电子能量低。而电弧中心区域，场强和温度都高，电子能量大，电离占主导作用。电弧中心区域等离子体收缩导致弧柱区和阳极区电流密度增加，从而得到更窄电弧更深熔深。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering活性焊剂成分对电弧收缩的影响效果与活性剂分子解离温度有关，温度越

10、高，效果越好。活性剂分子或原子电子吸附截面积大时，电弧收缩效果好，卤素卤素在解离时电子吸附截面积大，电子吸附能力强，所以电弧收缩效果好，得到的熔深较大。活性剂中的其他成分如金属氧化物，电子吸附直接较卤素小，但具有更高的解离温度，同样促进电弧收缩因为它们可以给电弧外围区域提供更多的蒸气分子或原子。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science & Science & Enginee

11、ring Engineering（2）表面张力因素）表面张力因素表面张力温度梯度改变熔池液体流动。添加Al的TIG试样熔池液体从熔池中心向四周而后向下流动，形成浅且宽的焊缝；添加S的TIG试样熔池液体流动模型为熔池四周向中心而后向熔池根部流动，形成深且窄的焊缝。a-添加Al，b-添加S School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering活性元素降低液态金属表面张力系数；活性元素使液体金属的表面张力系数随温度的提高而增大。液态金属便形成从熔池周边向熔池中心的表面张力流，致使熔池底部

12、的加热效率提高，焊接熔深增大。铸铁中表面张力与温度关系图A-高纯铸铁 B-含S铸铁 C-含O铸铁 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering涂层厚度的原则是涂层应能充分遮盖待焊焊道表面的金属光泽。（1）活性焊剂涂覆采用氧化物或氟化物粉末，以溶剂（如丙酮）混合成悬浊液，喷涂或涂敷在待焊部位，干燥后进行TIG焊接。2.2.3 A-TIG焊技术要点 School of Materials School of Materials Science & Science & Engin

13、eering Engineering（2）焊接工艺参数）焊接工艺参数典型工艺参数电流(A)160焊速(mm/min)80Ar流速(L/min)15弧长(mm)2.5 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering无无Fe2O3MnO2Cr2O3TiO2SiO2CaOAl2O3 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering无无3mmFe2O33mmMnO23

14、mmTiO22mmCr2O33mmAl2O32mmSiO22mmSi2mmCaO2mm School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering2.2.4 A-TIG技术的应用举例A-TIG焊接能够用于所有形状的接头焊接，包括板、壳体结构、管连接、管板工件，且能够应用于核容器、热容器、航空工程、造船业、化工和食品工业中的接头焊接。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering与同等厚度的常规TIG焊相比，A-TIG焊可以进行高速低热量输入焊接，所以非常适合于薄壁小直径