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 Engineering 2 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

2、弧焊 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering 2.2 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 Eng

3、ineering 钨极氩弧焊熔深浅，能很好地控制热输入，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

4、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 Engineering 90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 Sc

5、ience & Science & Engineering Engineering 在相同的焊接规范下，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 M

6、aterials Science & Science & Engineering Engineering 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 Engineering 2.2.2 A-TIG焊熔深机理 国内外许多学者

7、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

8、压增大， 阳极温度随着电弧收缩上升。 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering Anode Work piece Heat flow Charged particles Ionised atoms Electrons formed by thermionic emission Tungeten electrode Cathode School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering

9、 Engineering 等离子弧 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering A-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

10、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 & Scie

11、nce & Engineering Engineering School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering 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 &

12、 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

13、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 & Engineering 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)80 Ar流速(L/min)15 弧长(mm)2.5 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering 无无 F

14、e2O3 MnO2Cr2O3 TiO2SiO2 CaOAl2O3 School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering 无无3mm Fe2O33mmMnO23mm TiO2 2mmCr2O3 3mm Al2O3 2mm SiO2 2mm Si 2mm CaO 2mm School of Materials School of Materials Science & Science & Engineering Engineering 2.2.4 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