A—TIG焊接方法發展現狀

許建華 張建文 許慧

摘 要：總結了近年來國內A-TIG焊主要研究方向及研究成果以及A-TIG焊工藝存在的問題。

關鍵詞：A-TIG；活性劑；電弧收縮；表面張力

前 言

TIG焊的單道焊縫熔深淺、熔敷率低，是一種低效率的焊接方法。A-TIG焊是在傳統TIG焊接前將很薄的一層表面活性劑涂敷在施焊板材表面，焊接時活性劑引起焊接電弧收縮或熔池內金屬流態發生變化，在相同的焊接規范下使焊接熔深顯著增加。從20世紀60年代中期烏克蘭巴頓焊接研究所提出鹵化物組成的活性劑針對鈦合金的氬弧焊接技術至今，各國研究者在活性劑的熔深增加機理、不同材料的活性劑研發、活性劑成分的改進、活性焊接技術與激光焊接技術結合等方面做了大量試驗研究工作，并達到了一定的實用化、商品化水平。

1 A-TIG工藝特點

A-TIG焊最重要的特點在于使用活性劑。活性焊劑一般為細粉狀，為便于涂敷及防止焊接時被保護氣體吹散，應用易揮發的溶劑將其溶解成糊狀，焊接前均勻地涂覆在焊縫兩側[1]。工業生產中則多把活性劑配制成可以直接使用的溶劑或噴劑，其用量應根據工件的厚度、焊接條件和所需解決的技術問題決定。

A-TIG焊接技術最大的優點在于對熔深的增加效應上。該技術可以在保持TIG焊接強度、抗晶間腐蝕性能等優點的前提下，增加焊接深深、減小變形、消除氣孔、提高生產效率[2]。A-TIG焊技術在現有焊接裝備的前提下，采用活性劑技術，獲得了大熔深、高效率、高質量的優點，可以先進的激光焊、電子束焊接相比，而成本卻較低。

2 研究現狀

A-TIG焊由于能顯著增加焊接熔深，在不銹鋼、有色金屬的焊接中有廣泛的研究。目前國內外研究主要集中在針對不同母材的工藝使用、活性劑配方、電弧機理、數據仿真等方面。

2.1 工藝使用

A-TIG焊工藝使用主要集中在不銹鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等材料的焊接中。南京航空航天大學徐杰等人針對AZ31鋁合金的A-TIG焊工藝進行了研究。研究了在A-TIG焊中單一成分的活性劑和涂敷量對焊縫成形的影響。結果表明，與無活性劑的焊縫相比，活性劑TiO2、SiO2、Cr2O3、CdCl2和CaCl2能夠有效地增加鎂合金焊縫的熔深和深寬比。但涂敷有氟化物的鎂合金焊縫熔深沒有增加，涂敷CaF2的焊縫甚至出現開裂現象。在AZ31鎂合金的焊接中，活性劑CdCl[3]。

對于不銹鋼的A-TIG焊，國內主要研究該工藝下的焊接接頭的力學性能與耐腐蝕性能。趙忠義等人利用活性焊劑在304不銹鋼板上進行工藝試驗，研究得出6mm鋼板的工藝參數[2]。陜西理工學院胡禮木等，用沸騰硝酸腐蝕法和室溫硫酸加硫酸銅溶液浸蝕法對奧氏體不銹鋼TIG焊和自制活性劑A-TIG焊接頭進行了對比腐蝕試驗，焊縫金屬的化學成分分析表明，自制活性劑在焊接過程中能抑制金屬中Cr、Ni等合金元素的燒損，因此提高了A-TIG焊接頭的抗腐蝕性能[4]。

鋁合金TIG焊時，由于導熱率大，故很難有理想熔深。A-TIG則解決了這一難題，蘭州理工大學樊丁等人研究了鋁合金交流A-TIG焊中單組分活性劑對焊縫熔深的影響，還針對多組分活性劑研究了焊接參數對焊縫熔深的影響.實驗結果表明，鹵化物幾乎不能增加焊縫熔深，而氧化物對焊縫熔深的影響很復雜，有的能增加焊縫熔深，有的效果不明顯，有的甚至減小焊縫熔深。其中SiO2增加熔深作用最顯著，焊接參數包括焊接電流、焊接速度、氬氣流量和電弧長度等對焊縫熔深有一定影響[5]。

2.2 活化劑

活性劑是A-TIG焊接工藝中最關鍵的因素。主要起到增加熔深的作用，也參加焊接冶金過程，對焊縫成份有一定的影響。不同的焊接材料，一定會有最適合的活性劑相配合，所以焊接界對活性劑的研究較多且成果顯著。蘭州理工大學樊丁等人對鋁合金、鎂合金的活性劑研究較多。在鎂合金交流A-TIG焊中，分別以單質Te，Ti和Si，氧化物SiO2，TiO2和V2O5，鹵化物MnCl2，CdCl2和ZnF2作為表面活性劑進行了鎂合金交流A-TIG焊，研究了活性劑對焊縫成形和組織的影響規律。結果表明，活性劑增加鎂合金A-TIG焊熔深主要與活性劑粒子和電子復合導致電弧收縮有關[6]。在相同的焊接工藝參數下，活化劑成分、活化焊劑涂層對焊縫成型都有顯著影響。與單一成份相比，混合型助焊劑，特別是添加稀土的混合助焊劑可使焊縫熔深顯著增加。

2.3 增加熔深機理研究

對于A-TIG焊工藝增加熔深的機理，主要有兩種說法，電弧收縮論與表面張力論。南京航空航天大學魏艷紅通過分析流體流動方式，推測了A-TIG熔深增加機理：熔池內液體流動方式是熔深增加的主要原因，熔池中心處液體的流速明顯高于熔池邊緣，中心由外向內的環流為熔池內液體流動的主導方向。這個方向的環流將高溫液體帶到熔池底部，使熔池底部的熔化速度較熔池邊緣有了明顯的增加，且隨著焊接電流的增加，熔深增加效果也不斷提高[7]。

電弧收縮理論，活性劑使電弧斑點收縮，縮小母材上電弧面積，從而增加了熔深。利用高速攝影技術，對在焊接區域表面內涂敷不同的單組分活性焊劑的A-TIG焊電弧形態進行記錄、分析和數據處理。分析了A-TIG焊熔深增加的機理。分析表明，A-TIG電弧收縮，進而電弧力增加是其熔深增加的主要原因，而單組分活性焊劑中陽離子的電離能對A-TIG電弧是否收縮以及收縮的程度有著直接的關系。

在鋁合金的A-TIG焊中，氧化物活性劑對熔深增加的機理，一般認為是電弧收縮同表面張力梯度改變的共同結果。但是蘭州理工大學，樊丁等人，以SiO2和V2O5作為實驗用表面活性劑，通過A-TIG焊與真空電子束焊的對比實驗，研究得出電弧因素起主要作用的結論。

3 結 論

（1）A-TIG焊由于能大幅度增加熔深，所以在有色金屬焊接中，有廣泛的應用前景，特別是傳熱系數大的材料；

（2）活性劑成份的研究，是A-TIG焊工藝的關鍵，而熔深機理的研究，則是開發活性劑的基礎；

（3）活性劑尚有表面成形不好，焊縫成份改變等缺點等解決。

參考文獻

[1]胡禮木，胡波，郭從盛等.奧氏體不銹鋼TIG焊用活性劑的研制[J].焊接學報，2006，27（6）：53～55，70.

[2]趙忠義，伏金生，李飛等.不銹鋼A-TIG焊接方法[J].電焊機，2008，38（2）：67～68.

[3]徐杰，劉子利，沈以赴等.AZ31鎂合金A-TIG焊的研究[J].宇航材料工藝，2006，36（6）：42～45.

[4]胡禮木，胡波，張永宏等.不銹鋼A-TIG焊接頭的抗腐蝕性能分析[J].焊接學報，2006，27（7）：34～36.

[5]黃勇，樊丁，楊鵬等.活性劑對鎂合金交流A-TIG焊的影響[J].焊接學報，2007，28（6）：41～44.

[6]魏艷紅，徐艷利，孫燕潔等.A-TIG焊接熔深增加機理[C].//第十三次全國焊接學術會議論文集.2008：37～40.

[7]張賦升，馬鐵軍，李京龍等.A-TIG焊電弧的動態研究[J].電焊機，2003，33（12）：17～19，51.

作者簡介：許建華，男，江蘇揚中人，工程師，江蘇大力城電氣有限公司質量總監，主要從事特種設備焊接工藝研究。