A―TIG焊接方法发展现状
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摘 要：总结了近年来国内A-tig焊主要研究方向及研究成果以及A-TIG焊工艺存在的问题。
关键词：A-TIG；活性剂；电弧收缩；表面张力
前 言
TIG焊的单道焊缝熔深浅、熔敷率低，是一种低效率的焊接方法。A-TIG焊是在传统TIG焊接前将很薄的一层表面活性剂涂敷在施焊板材表面，焊接时活性剂引起焊接电弧收缩或熔池内金属流态发生变化，在相同的焊接规范下使焊接熔深显著增加。从20世纪60年代中期乌克兰巴顿焊接研究所提出卤化物组成的活性剂针对钛合金的氩弧焊接技术至今，各国研究者在活性剂的熔深增加机理、不同材料的活性剂研发、活性剂成分的改进、活性焊接技术与激光焊接技术结合等方面做了大量试验研究工作，并达到了一定的实用化、商品化水平。
1 A-TIG工艺特点
A-TIG焊最重要的特点在于使用活性剂。活性焊剂一般为细粉状，为便于涂敷及防止焊接时被保护气体吹散，应用易挥发的溶剂将其溶解成糊状，焊接前均匀地涂覆在焊缝两侧[1]。工业生产中则多把活性剂配制成可以直接使用的溶剂或喷剂，其用量应根据工件的厚度、焊接条件和所需解决的技术问题决定。
A-TIG焊接技术最大的优点在于对熔深的增加效应上。该技术可以在保持TIG焊接强度、抗晶间腐蚀性能等优点的前提下，增加焊接深深、减小变形、消除气孔、提高生产效率[2]。A-TIG焊技术在现有焊接装备的前提下，采用活性剂技术，获得了大熔深、高效率、高质量的优点，可以先进的激光焊、电子束焊接相比，而成本却较低。
2 研究现状
A-TIG焊由于能显著增加焊接熔深，在不锈钢、有色金属的焊接中有广泛的研究。目前国内外研究主要集中在针对不同母材的工艺使用、活性剂配方、电弧机理、数据仿真等方面。
2.1 工艺使用
A-TIG焊工艺使用主要集中在不锈钢、铝合金、镁合金、钛合金等材料的焊接中。南京航空航天大学徐杰等人针对AZ31铝合金的A-TIG焊工艺进行了研究。研究了在A-TIG焊中单一成分的活性剂和涂敷量对焊缝成形的影响。结果表明，与无活性剂的焊缝相比，活性剂TiO2、SiO2、Cr2O3、CdCl2和CaCl2能够有效地增加镁合金焊缝的熔深和深宽比。但涂敷有氟化物的镁合金焊缝熔深没有增加，涂敷CaF2的焊缝甚至出现开裂现象。在AZ31镁合金的焊接中，活性剂CdCl[3]。
对于不锈钢的A-TIG焊，国内主要研究该工艺下的焊接接头的力学性能与耐腐蚀性能。赵忠义等人利用活性焊剂在304不锈钢板上进行工艺试验，研究得出6mm钢板的工艺参数[2]。陕西理工学院胡礼木等，用沸腾硝酸腐蚀法和室温硫酸加硫酸铜溶液浸蚀法对奥氏体不锈钢TIG焊和自制活性剂A-TIG焊接头进行了对比腐蚀试验，焊缝金属的化学成分分析表明，自制活性剂在焊接过程中能抑制金属中Cr、Ni等合金元素的烧损，因此提高了A-TIG焊接头的抗腐蚀性能[4]。
铝合金TIG焊时，由于导热率大，故很难有理想熔深。A-TIG则解决了这一难题，兰州理工大学樊丁等人研究了铝合金交流A-TIG焊中单组分活性剂对焊缝熔深的影响，还针对多组分活性剂研究了焊接参数对焊缝熔深的影响.实验结果表明，卤化物几乎不能增加焊缝熔深，而氧化物对焊缝熔深的影响很复杂，有的能增加焊缝熔深，有的效果不明显，有的甚至减小焊缝熔深。其中SiO2增加熔深作用最显著，焊接参数包括焊接电流、焊接速度、氩气流量和电弧长度等对焊缝熔深有一定影响[5]。
2.2 活化剂
活性剂是A-TIG焊接工艺中最关键的因素。主要起到增加熔深的作用，也参加焊接冶金过程，对焊缝成份有一定的影响。不同的焊接材料，一定会有最适合的活性剂相配合，所以焊接界对活性剂的研究较多且成果显著。兰州理工大学樊丁等人对铝合金、镁合金的活性剂研究较多。在镁合金交流A-TIG焊中，分别以单质Te，Ti和Si，氧化物SiO2，TiO2和V2O5，卤化物MnCl2，CdCl2和ZnF2作为表面活性剂进行了镁合金交流A-TIG焊，研究了活性剂对焊缝成形和组织的影响规律。结果表明，活性剂增加镁合金A-TIG焊熔深主要与活性剂粒子和电子复合导致电弧收缩有关[6]。在相同的焊接工艺参数下，活化剂成分、活化焊剂涂层对焊缝成型都有显著影响。与单一成份相比，混合型助焊剂，特别是添加稀土的混合助焊剂可使焊缝熔深显著增加。
2.3 增加熔深机理研究
对于A-TIG焊工艺增加熔深的机理，主要有两种说法，电弧收缩论与表面张力论。南京航空航天大学魏艳红通过分析流体流动方式，推测了A-TIG熔深增加机理：熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因，熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘，中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向。这个方向的环流将高温液体带到熔池底部，使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加，且随着焊接电流的增加，熔深增加效果也不断提高[7]。
电弧收缩理论，活性剂使电弧斑点收缩，缩小母材上电弧面积，从而增加了熔深。利用高速摄影技术，对在焊接区域表面内涂敷不同的单组分活性焊剂的A-TIG焊电弧形态进行记录、分析和数据处理。分析了A-TIG焊熔深增加的机理。分析表明，A-TIG电弧收缩，进而电弧力增加是其熔深增加的主要原因，而单组分活性焊剂中阳离子的电离能对A-TIG电弧是否收缩以及收缩的程度有着直接的关系。
在铝合金的A-TIG焊中，氧化物活性剂对熔深增加的机理，一般认为是电弧收缩同表面张力梯度改变的共同结果。但是兰州理工大学，樊丁等人，以SiO2和V2O5作为实验用表面活性剂，通过A-TIG焊与真空电子束焊的对比实验，研究得出电弧因素起主要作用的结论。
3 结 论
（1）A-TIG焊由于能大幅度增加熔深，所以在有色金属焊接中，有广泛的应用前景，特别是传热系数大的材料；
（2）活性剂成份的研究，是A-TIG焊工艺的关键，而熔深机理的研究，则是开发活性剂的基础；
（3）活性剂尚有表面成形不好，焊缝成份改变等缺点等解决。
参考文献
[1]胡礼木，胡波，郭从盛等.奥氏体不锈钢TIG焊用活性剂的研制[J].焊接学报，2006，27（6）：53～55，70.
[2]赵忠义，伏金生，李飞等.不锈钢A-TIG焊接方法[J].电焊机，2008，38（2）：67～68.
[3]徐杰，刘子利，沈以赴等.AZ31镁合金A-TIG焊的研究[J].宇航材料工艺，2006，36（6）：42～45.
[4]胡礼木，胡波，张永宏等.不锈钢A-TIG焊接头的抗腐蚀性能分析[J].焊接学报，2006，27（7）：34～36.
[5]黄勇，樊丁，杨鹏等.活性剂对镁合金交流A-TIG焊的影响[J].焊接学报，2007，28（6）：41～44.
[6]魏艳红，徐艳利，孙燕洁等.A-TIG焊接熔深增加机理[C].//第十三次全国焊接学术会议论文集.2008：37～40.
[7]张赋升，马铁军，李京龙等.A-TIG焊电弧的动态研究[J].电焊机，2003，33（12）：17～19，51.
作者简介：许建华，男，江苏扬中人，工程师，江苏大力城电气有限公司质量总监，主要从事特种设备焊接工艺研究。