活性焊接ppt课件

1、活性焊接技术,1,1.A-TIG焊的研究背景,常规TIG可用来焊接金属薄板, 可形成高质量、有良好背面成形的焊道；用于焊接有色金属、不锈钢、超高强度钢等金属。但是常规的TIG单道熔深浅、成本高、效率低、从而限制了TIG的应用范围。 从20世纪60年代开始出现了活性化TIG(A-TIG)；20世纪90 年代，活性剂在焊接碳锰钢、低合金钢方面获得巨大成功，并最终发展成 A-TIG焊接技术。,2,Actived flux weld,A-TIG焊最早是由乌克兰的Paton焊接研究所（Paton Electric Welding Institute）在60年代研制出来的。 A-TIG焊接法是在焊前将母材

2、表面涂覆上一层活性剂，在相同的焊接规范下，同常规TIG焊相比，可以大幅度地提高焊缝熔深，最大可达300%。 除了TIG焊，活性焊接法在等离子弧焊（PAW）、电子束焊（EBW）、激光焊（LBW）中的应用也有人进行研究。 PAW：TIG焊活性剂应用于PAW焊中发现1）可以提高小孔等离子弧焊的焊接速度，2）焊缝横断面的形貌。3）改善焊缝成。 对于活性焊，所研究的被焊材料主要有不锈钢、低碳钢、碳钢、镍基合金、钛合金、铝合金、镁合金。,活性焊： 活性焊定义：在施焊板材的表面涂上一层很薄的活性剂，引起焊接电弧收 缩或熔池流态发生变化，使熔深增加。 活性焊原理：“电弧收缩”理论； “表面张力”变化； “阳极

3、斑点”机理；,3,传统TIG焊接技术,薄板焊接 高质量焊道 有色金属 不锈钢 超高强度钢,熔深浅 成本高 效率低,4,TIG (Tungsten Inert Gas),PAW (Plasma Arc Welding ),A-TIG (Activating flux TIG ),5,TIG PAW,Without flux,With flux,6,EBW LBW,Without flux,With flux,7,焊接熔深大，生产率高,对施焊材料的微量元素波动不敏感， 焊接熔深稳定,成本低， 应用领域广， 易实现焊接自动化,焊接变形小,“A-TIG”焊技术与常规TIG焊比较有以下几条突出优点：,8

4、,A-TIG,9,对比,普通TIG熔深 A-TIG熔深,10,2. A-TIG焊的发展现状,活性钨极氩弧焊(A-TIG)是以传统的TIG为基础，在施焊工件表面涂敷一层很薄的表面活性剂，通过活性剂某些特殊作用，以增加焊接熔深。,A-TIG焊接过程示意图,11,2. A-TIG焊的发展现状,A-TIG焊关键的因素在于活性剂成分的选配。目前常用的活性剂成分主要有氧化物、氯化物和氟化物 ；对不同的材料，其适用的活性剂成分不同。,12,国外发展状况,60年代：前苏联发现一些卤化物可以收缩电弧，增加熔深,90年代：活性剂在焊接碳锰钢、低合金钢方面取得巨大成功，发展成A-TIG焊接技术,1993年，爱迪生焊

5、接研究所和海军连接中心开发焊接不锈钢等合金的活性剂,近年来日本研究出了氩弧焊用活性剂，英国焊接研究所正对此类焊剂的作用机理进行研究,13,国内发展状况,活性剂对0Cr18Ni9和TC4钛合金焊缝成型的影响,对低碳钢、不锈钢、铝合金等材料活性剂焊接的研究,14,A-TIG焊接技术自问世以来，一直沿用以易挥发物质如丙酮为溶剂，用刷子刷涂的方式进行涂敷,活性剂涂覆技术,15,根据分散剂的工作原理，对活性剂配方进行了改良，即选择一种合适的分散，使活性剂在丙酮溶液中的分散性得到改善。然后根据气雾剂工作原理研制了气雾剂罐和自动涂敷设备,16,活性剂增加A-TIG熔深的机理,自从20世纪60年代中期S.MG

6、vervihc发表第一篇关于焊接钛合金时使用活性剂的文章以来，人们一直对活性剂增加焊缝熔深的机理进行不懈的研究。目前，已经成为国际上A-TIG焊领域的一个研究热点。针对活性剂增加钛合金和不锈钢焊接熔深机理的研究，人们先后提出了不少的理论，其中最具有代表性的焊接熔深增加机理的理论是“电弧收缩理论”及“表面张力温度梯度改变理论”。但究竟使哪种理论是表面活性剂增加焊接A-TIG焊熔深的主要机理，国际上还没有形成统一的认识。,17,活性剂增加A-TIG熔深的机理,电弧收缩理论,表面张力温度梯度改变理论,18,A-TIG机理,电弧收缩理论：,表面张力梯度理论：,19,活性剂增加A-TIG熔深的机理,针对

7、在A-TIG焊时有明显的电弧收缩现象，人们认为“电弧收缩”对焊接熔深的增加有很大的影响。这个理论认为：当活性剂作用于焊接电弧时，电弧会发生明显的收缩，致使导电面积较小，电流密度增加，从而使得电弧增大，最终导致焊接熔深增加。,20,活性剂增加A-TIG熔深的机理,活性剂在电弧的高温作用下蒸发后以原子态包围在电弧的周边区域，在电弧的周边区域，温度较低，活性剂原子运动较慢，蒸发的活性剂原子捕捉该区域中的电子形成负离子并散失到周围的空间，从而导致该区域作为导电物质的电子减少，使得电弧收缩; 活性剂多为多原子分子，在电弧的高温作用下发生热解离，而热解离是吸热反应，根据电压最小原理，使得电弧收缩; 与金属

8、相比，活性剂导电率很低，熔沸点很高，只有电弧中心的高温区才有金属的蒸发，形成阳极斑点。也就是说，由于表面活性剂的存在，减小了阳极斑点区的面积，从而使得焊接电弧收缩。,21,下图给出了用A-TIG焊和TIG焊焊接钢时的阳极斑点的电流密度分布图，从图中看出A-TIG焊的阳极斑点的直径是最小的，处于0-1.5mm之间，阳极斑点电路密度相应提高了1.5-2倍。这样可以得知，电弧收缩是由于电弧根部阳极的电流密度增加了，而且阳极斑点的直径变小了，因此与传统TIG焊相比，在同一焊接规范下进行焊接时焊缝的熔深明显增加。,22,活性剂增加A-TIG熔深的机理,电弧收缩理论,表面张力温度梯度改变理论,23,活性剂

9、增加A-TIG熔深的机理,熔池液体金属的流动方式对形成熔池有着重要的影响，而熔池金属流动方式主要由表面张力温度梯度决定。表面张力温度梯度是由液体表面温度梯度的存在而决定的。以此为依据形成表面张力温度梯度改变理论。 该理论认为:熔池内金属流动的状态对形成的熔深起到相当大的作用。表面张力驱动液体流动的基础是熔池表面熔融的金属从表面张力小的区域流向表面张力大的区域，并且熔融金属从熔池底部向上流动以保持稳定。,24,一般的纯金属和许多合金在无活性剂焊接熔化时，表面张力随温度的增加而减小，表面张力梯度为负(是温度的负函数)，即do/dT0，在焊接时，金属熔池中心区域温度比外围区域高，这样就使中心区域表面

10、张力比外围区的低，这样引起Marangoni流方向从中心向周边方向流动，这种流动模型可有效地使热量从熔池的中心向周边传递，主要是水平方向传输热量，从而形成宽而浅的熔池，液体流动如图(a)所示。,25,当熔池中存在某种微量元素或接触到活性气氛时，熔池中的液态金属的表面张力数值降低并使表面张力梯度由负的温度系数变为正的温度系数，即do/dT0。在正的温度梯度作用下，使得熔池内的金属形成从熔池周边向熔池中心的表面张力流，改变了熔池金属的流动方向，使熔池中心的电弧热量通过液体金属的流动直接传向熔池的底部，对熔池底部的加热效率提高，这种液体流动模式可有效地使热量传递至熔池底部，主要是垂直方向传输热量，从而形成窄而深的熔池，液体的流动如图(b)所示。,26,27,3.活性焊的发展趋势,随着国内外对活性剂增加焊接熔深的机理和工艺研究的逐渐成熟，活性剂在其他焊接方法中的应用逐渐得到人们的关注，己经形成活性电子束焊、活性激光焊等新的焊接方法。 熔池的物理化学现象十分复杂，关于熔深增加机理的研究有时得出了不同的结论,机理的研究还有待进一步完善和成熟。 活性焊接技术还需要从焊接的前处理工艺、 焊接规范、 焊后的热处理以及焊接接头的性能等方面与常规TIG焊接进行详尽的对比，得到常用不同材料A-TIG焊接的稳定的工艺参数，并在实际工程应用方面进行进一步系统研究。,28,