鋁合金氣體輸送活性鎢極氬弧焊方法

摘 要：氬弧焊是指使用延期作為保護氣體的焊接技術，是在電弧焊的周圍同上氬氣保護氣體，將空氣隔離在焊區之外，防止焊區的氧化。所以說氬弧焊技術是一種焊接技術，而對鋁合金器材進行焊接時，則提出了一種新型的焊接技術，便是氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術，該方法改變了活性元素的引入方式通過自動送粉裝置將活性劑輸送到保護氣體中，由保護氣體將其引入電弧—熔池系統進行施焊，使得電弧收縮，熔池金屬流態改變，熔深增加，同時省卻了涂覆活性劑工序，實現了焊接過程自動化。而下文便是深入分析了鋁合金氣體輸送性鎢極氬弧焊技術的使用方法。

關鍵詞：氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術;鋁合金;使用方法

現階段，人們的日常生活已經被金屬物質所包圍，身邊的電腦、手機等通訊設備;汽車、火車、高鐵等運輸設備以及身邊的桌子、椅子等等均充滿了金屬的身影。而這一切便是由于人們對于金屬材料的認知更加深入。但是在利用金屬材料時，需要將不同的材料進行銜接，在這一過程中便需要利用現代的技術進行縫合，但是在縫合過程中對金屬表面的保護層造成破壞，從而發生氧化反應，降低產品使用期限。因此在進行焊接的過程中需要將需要見焊接的部分進行保護起來，降低氧化反應的速度。

1 試驗方法

本次實驗采取的方式是通過對比實驗的方式進行，在焊接的過程中分別是使用傳統的TIG焊和氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術進行。本次試驗中選取的研究對象為尺寸為150mm×80mm×8mm的3A21型號的鋁合金。

氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術在使用時，首先需要加入加熱活性劑，讓活性劑吸附的水分以及本身的結晶水完全的脫去，而此時使用的活性劑主要包括7中比較常見的氧化物、鹵化物和單質碲，其中鹵化物主要為氯化錳、氟化鋁、五氧化二釩、二氧化鈦;氧化物包括二氧化硅、三氧化鋁等常見等，并且需要保證活性劑的粒數為100至200目[1]。第二步需要將完全脫水的物質進行研磨篩分。第三步為對鋁合金進行清理，其中相繼使用了丙酮、5%-10%的氫氧化鈉、30%的硝酸、清水，最后使用吹風機將其進行吹干。第四步是為焊接，其主要的任務辦事經活性劑的粉末輸送到鋁合金正在焊接的地方，直到熄弧之際不再輸送活性劑的粉末。而在輸送過程中使用的相關工藝參數為：焊接電流130A，焊接速度為100（mm·min-1），弧長為3mm，氬氣流量為10（L·min-1），鎢極直徑為3.2mm，鎢極伸出長度為3mm[2]。

在使用傳統的TIG技術進行焊接中，相關參數與此相同.

2 試驗結果

2.1焊縫成形結果

兩種不同的焊接技術對鋁合金進行焊接，而產生的結果是不同的，其中氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術在焊接過程中產生的熔深較大，對金屬的保護性較好。除此之外，不同活化劑所產生的熔深也不盡相同。但總體而言，使用氣體輸送活性鎢極氬弧焊技術時，焊熔深都有所增加，并且焊縫成形效果也由有所增加。就焊熔深的對比而言，MnCl2，AlF3，SiO2，V2O5，Al2O3等活化劑所產生的熔深是傳統焊接技術產生熔深的2.5倍與3倍之間，而其中MnCl2、AlF3等鹵化物活化劑則可以增加至以往的3倍和2.8倍，SiO2，V2O5，Al2O3等氧化物所產生的熔深分別增加至原來的3.1倍、2.8倍以及2.5分。單質碲此類物質來說，熔深較小，但仍然相比傳統的焊接技術增加了原來的1.9倍。從焊接縫來說，MnCl2、單質碲的成形最好，而其他的活化劑則相對較差[3]。

2.2焊縫拉伸力學性能分析

在進行拉伸試驗中，不同的焊接技術、不同的活性物所產生的焊縫尺寸均在較大的差別，具體數據為：普通TIG焊中熔深為1.81mm、熔寬為6.02mm、深寬比為0.30;對于使用GTFA-TIG焊中，使用ALF3作為活性物的鋁合金中熔深為5.05mm、熔寬為7.29mm、深寬比為0.69;使用MnCL2作為活性物鋁合金的熔深為5.48mm、熔寬為8.91mm、深寬比為0.62;使用MgF2作為活性物鋁合金的熔深為2.79mm、熔寬為7.38mm、深寬比為0.38;使用SiO2作為活性物鋁合金的熔深為5.62mm、熔寬為9.05mm、深寬比為0.62;使用V2O5作為活性物鋁合金的熔深為5.14mm、熔寬為9.77mm、深寬比為0.53;使用Al2O3作為活性物鋁合金的熔深為5.04mm、熔寬為14.25mm、深寬比為0.35;使用TiO2作為活性物鋁合金的熔深為2.93mm、熔寬為7.57mm、深寬比為0.39;使用Te作為活性物鋁合金的熔深為3.35mm、熔寬為8.35mm、深寬比為0.40[4]。

不同活性物的焊縫抗伸試驗結果。不同的活性物所產生的焊縫在斷后伸長率、斷面收縮率、抗拉強度等方面之間存在著差別，但是差別性相對較少。具體數據為：使用MnCL2的斷后伸長率為0.135%、斷面伸長率為0.615%;抗拉強度為98.57MPa;使用MnCL2的斷后伸長率為0.115%、斷面伸長率為0.570%;抗拉強度為93.98MPa;使用MnCL2的斷后伸長率為0.155%、斷面伸長率為0.730%;抗拉強度為109.37MPa;鋁合金的斷后伸長率為0.110%、斷面伸長率為0.650%;抗拉強度為116.01MPa。通過數據分析，三種活化劑進行焊接時纏身的焊縫的抗拉性都較強，而其中使用V2O5的效果更好[5]。

2.3焊縫缺陷分析

在對焊縫進行分析時，發現每種活化劑可以產生兩種不同的焊縫，而使用X射線對焊縫進行探測研究發現，不同的活化劑多形成焊縫的評價結果存在較大的差別。其中使用碲粉活性劑的焊縫評價結果為三級，MnCL2、ALF3、V2O5等活化劑的焊縫評價結果為以及。而焊縫評價的分級結果是主要根據焊縫內是否存在氣孔、夾渣、裂紋、條形缺陷等，如果發現有以上的問題則評價結果為三級，沒有則為一級。這也說明氧化物、鹵化物等活化劑形成的焊縫的質量較好[6]。

3 分析與討論

對于焊接過程中熔深的增加主要是包含了兩個理論，分別為電弧收縮理論和Marangoni對流改變的。而在本次實驗組中，使用GTFA_TIG焊接的熔深要比傳統焊接方式的熔深增大，主要是電弧收縮導致的。據相關數據分析，在本次試驗中傳統焊接方式和氣體輸送活性鎢極氬弧焊方式使用的工藝參數是相同的，但是兩個焊接方式下氣體輸送活性鎢極氬弧焊接中產生的電壓更高。而氣體輸送活性鎢極氬弧焊接技術電壓較高的原因則是活化劑內含有的元素具有電子親和能且在使用過程中會出現分解反應，從而吸收部分熱量。對于元素的電子親和力來說，不同的元素的電子親和能具有一定的差別，也導致不同活化劑地熔深之間也存在一定的差別，其中Ar的電子親和能為0kJ/mol，O的電子親和能為141.0kJ/mol，Cl的電子親和能為348.8kJ/mol，F的電子親和能為327.9kJ/mol，Te的電子親和能為190.4kJ/mol，因此在獲得數據中可以發現鹵化物和氧化物的熔深較大，而碲的熔深較小。

相對于傳統的焊接技術而言，在氣體輸送活性鎢極氬弧焊接技術中，使用活化劑中的電子親和力和熱解離反應的發生，導致電弧收縮，熔深增加，起到更好的保護作用。

參考文獻：

[1]蒙丹陽，王惠苗，丁吉坤，張登魁，劉飛.擺動焊接對異種熱處理狀態2219鋁合金焊接接頭性能的影響[J].宇航材料工藝，2021，51（02）：62-67.

作者簡介：

徐道慶（1967.05--），男，四川省中江縣人，學歷：本科，畢業于西安交通大學;現有職稱：副高;研究方向：焊接。