活性剂对A-TIG接头熔深、电弧形貌及组织性能的影响

选用10 mm厚1Cr21Ni5Ti不锈钢为研究对象,通过优化活性剂配比及工艺参数获得具有最大熔深的焊缝,并研究了活性剂对活性剂钨极惰性气体保护焊(A-TIG)电弧形貌及接头组织性能的影响。与传统钨极惰性气体保护焊(TIG)所得接头相比,A-TIG所得接头熔深增大了122%,电弧发生明显的收缩,焊缝组织细化,奥氏体含量增多,热影响区明显变窄。采用A-TIG所得接头抗拉强度高达702 MPa,比TIG焊接头强度提高了53.9%,相当于母材的96.8%,其接头断裂在焊缝中心处,主要是氧化物活性剂的加入而形成夹渣所致,断裂模式表现为韧性断裂。

奥氏体不锈钢A-TIG焊缝成形及接头力学性能

采用自主研发的C5活性剂进行活性剂钨极惰性气体保护焊(activating flux tungsten inert gas,A-TIG)试验,研究活性剂对A-TIG焊缝成形、电弧光谱和电弧形貌的影响.同时,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察黑色残留物的形貌,并对A-TIG焊后的黑色残留物成分进行分析,确定黑色残留物形成的原因.结果表明,活性剂有助于提高电弧温度和穿透力,促进电弧电离,改变表面张力梯度和熔池流动方向,从而增加焊接熔深.与焊缝基体相比,O元素、Cr元素和Ti元素在残留物中的分布更为密集,其他元素弥散分布在残留物内部.在观察焊缝的组织和性能时发现,焊缝中心都是以奥氏体和铁素体为主要组织的等轴晶,而在接头熔合区都呈现为柱状晶.未去除残留物试样平均抗拉强度为675.36 MPa,与母材强度相比提高了2%.焊缝和母材的硬度曲线交错,是否除去残留物对接头的硬度影响不大.弯曲180°后两组试样表面无任何裂纹.采用A-TIG工艺焊接的焊缝具有良好的延展性和韧性.此外,未除去残留物试件焊缝表面存在凹陷现象,但焊缝宽度均匀,焊缝成形系数为1.97,采用该工艺可以获得较大范围的焊缝等轴晶和较为细小的焊缝组织,较钨极氩弧焊(tungsten inert gas,TIG)拥有更小的变形.

钛合金A-TIG焊工艺技术研究

国内外对钛合金活性焊主要停留在单组分活性剂的工艺研究上,对其活性剂配方下的焊接工艺探索较少,特别是对于8mm厚TC4钛合金的活性焊接工艺少有研究。该研究针对航空飞行器用材TC4钛合金,采用自研活性剂配方及正交设计法,分别从焊接电流、电弧长度、焊接速度及氩气流量四个方面的工艺参数,进行A-TIG焊工艺研究,并通过自制活性剂涂敷装置,进一步探索活性剂涂敷量对焊缝成形的影响规律。结果显示:正交设计法下,最佳焊接工艺参数为,焊接电流170A~220A,焊接速度100~130mm·min^(-1),电弧弧长1mm及氩气流量14~22L·min^(-1),且焊缝气孔、拉伸性能及硬度指标均符合相关工艺标准;同时,焊缝熔深随着单位面积上的涂敷量增加而升高,且达到0.06g/cm^(2)时,熔深达到最大值,继续增加涂敷量,熔深则会下降。

A-TIG焊熔深增加机理的数值模拟

利用自行研制的不锈钢活性剂FS12对A-TIG焊熔深增加机理进行研究。用PHOENICS软件模拟了有、无活性剂时氧元素质量分数、电弧收缩效应等对熔池速度场和温度场的影响。计算结果表明,无活性剂时,熔池液态金属从中心流向四周,再从四周流向熔池底部,形成宽而浅的熔池形状;有活性剂时,熔池液态金属从熔池边缘流向中心,引起向内的两个涡流在熔池上表面中心相遇,汇合后流向熔池中心底部,形成窄而深的熔池形状:表面张力梯度变化是熔深增加的主要原因,电弧收缩影响熔宽,对熔深增加也有一定的影响,但不是主要原因。熔池形状的数值模拟结果与试验结果吻合良好。

A-TIG焊研究进展及前景展望

对活性化钨极氩弧焊(A-TIG)焊接工艺、活性剂的研发及其在增加焊缝熔深机理等方面的研究做了比较详尽的综述,并指出活性化TIG焊研究过程中存在的问题、发展前景及今后研究方向。认为对活性焊剂增加熔深的机理还有待深入研究,可以利用数值模拟过程结合活性化TIG焊试验深入研究活性焊剂增加焊缝熔深的机理。可以基于A-TIG焊基本思想结合其他方法研发新的活性焊方法。总之,A-TIG焊具有巨大的发展潜力和良好的应用前景。

活性剂涂敷量对A-TIG焊熔深影响的研究

常规TIG焊生产效率低,单道焊可焊厚度小.活性化TIG焊(A-TIG),同常规TIG焊相比可大幅度地提高焊缝熔深,从而提高焊接效率.针对不锈钢材料,通过宏观断面分析方法研究了单一成分的活性剂(SiO2、CaF2、TiO2、Cr2O3和NaF)对焊缝熔深的影响.结果表明:同常规TIG焊相比,上述5种活性剂在涂敷量较小时,焊缝熔深均随活性剂涂敷量的增加而明显增大,氧化物活性剂增加熔深的作用效果大,氟化物的作用效果较小;5种活性剂在熔深增加能力上均有一个饱和点;电弧收缩和熔池表面张力梯度的变化是活性剂增加熔深的主要原因.

低碳钢A-TIG焊的活性剂研制

研究了表面活性剂对低碳钢TIG焊的影响。在分析各单一活性剂对焊缝熔深、表面成形影响规律的基础上 ,确定了活性剂的基本组成体系。利用正交试验法对多组元配方进行了研究 ,得出了各组元百分含量变化对焊缝熔深的影响规律 ,SiO2 含量为4 0 %时对焊缝熔深的影响最为显著 ,TiO2 和Cr2 O3 在含量小于 30 %时对焊缝熔深的增加作用明显 ,卤化物含量较小时对焊缝熔深的增加作用明显。考虑焊缝的表面成形 ,得到由CaF2 、SiO2 、TiO2 、Cr2 O3 等组成的低碳钢A -TIG焊活性剂 ,可使焊缝熔深增加 3倍 ,在正常焊接规范条件下 ,不开坡口可将 12mm厚低碳钢钢板对接一次焊透 ,表面成形良好。

活性剂增加铝合金交流A-TIG焊熔深机理研究

采用多组元活性剂AF305进行铝合金交流A-TIG焊时,熔深达到传统TIG焊的3倍以上。进行了交流、直流正接和直流反接A-TIG焊,发现极性不同时活性剂对熔深的影响也不同。研究了强制电弧收缩对交流焊熔深的影响,发现弧根整体收缩并不是AF305增加交流A-TIG焊熔深的主要机理,熔深显著增加主要与焊渣成片分布有关。对焊渣进行了SEM形貌观察和EDS成分分析,并采用氦弧焊证实了焊接过程中焊渣在熔池表面成片分布,电弧斑点极大收缩。向AF305活性剂中添加铝粉改变焊渣分布,研究焊渣分布与熔深的关系,证实了焊渣成片分布能增加焊接熔深。认为焊渣成片分布使得电弧斑点极大收缩,斑点压力以及电弧和熔池内的Lorentz力增强,最终焊接熔深显著增加。

表面活性剂对铝合金直流正接A-TIG焊熔深的影响

试验利用铝合金直流正接A -TIG焊分别以CaF2 、TiO2 、SiO2 和自行研制的AF30 5铝合金A -TIG焊活性剂作为试验用表面活性剂 ,研究了表面活性剂对焊接熔深的影响 ,初步分析了表面活性剂增加铝合金A -TIG焊熔深的机理。发现焊接熔深变化随活性剂的不同而不同 ,并且与焊接电压变化一致。认为热输入变化是影响熔深变化的重要因素 ,尤其对于SiO2 ,焊接熔深与熔宽同步变化 。

A-TIG焊电弧的动态研究

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。

铸造镁合金A-TIG补焊工艺分析

文中研究了TIG、A-TIG焊接方法对铸件焊缝熔深和缺陷的影响规律,并完成模拟铸件孔洞类缺陷的补焊试验.结果表明,在TIG与A-TIG对不同尺寸孔洞愈合的试验中,在相同的焊接参数条件下,A-TIG愈合孔洞的深度明显高于TIG,且焊缝中无焊接缺陷;在相同的补焊熔深条件下,TIG焊接电流远大于A-TIG,同时出现热影响区(HAZ)组织恶化,焊接缺陷产生.分析表明,A-TIG补焊工艺性能优于TIG补焊工艺性能主要是由于活性剂与电弧、熔池的相互作用导致.

低碳钢A-TIG焊活性剂的焊接性

利用自行研制的低碳钢A -TIG焊活性剂进行了各种焊接工艺试验。内容包括焊缝外观形貌、熔深效果、接头微观组织、化学成分及接头力学性能分析。结果表明 ,使用本活性剂可以使焊缝熔深比常规的TIG焊增加 3倍 ,对 12mm以下的低碳钢板对接无需开坡口可一次焊接完成 ,且单面焊双面成形 ,焊缝表面成形良好 ,接头微观组织、焊缝的化学成分、接头力学性能均不受影响。焊接电流、弧长、焊接速度、涂层厚度和保护气体种类等 ,对焊接熔深的增加产生影响。

有色合金A-TIG焊研究现状

活性化TIG焊(A-TIG焊)可以用于焊接不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、钛合金和镍基合金等材料。根据国内外关于A-TIG焊接技术研究、发展及应用的实际情况,综合论述了A-TIG焊接技术这一新型焊接方法在铝合金、镁合金、钛合金和镍基合金焊接领域中的研究现状。

单组分活性剂对铝合金A-TIG焊焊缝的影响

针对6 mm的6061铝合金试板,选用SiO2,TiO2,Cr2O3,CaF2,BaCl2共5种单一成分活性剂进行铝合金交流A-TIG焊工艺试验,研究活性剂对A-TIG焊焊缝表面成形及宏观形貌的影响,并结合焊接过程电弧形态变化,分析熔深增加机理.结果表明,5种单一成分活性剂均可改善焊缝熔深,其中SiO2增加焊缝熔深效果最好,CaF2效果不明显;涂覆SiO2时表面成形比涂覆其它活性剂时差,其中TiO2表面成形最好;电弧进入活性剂区时无明显收缩,认为熔深增加是活性剂的引入导致导电通道电阻变化引起的电弧热输入增加的结果.

低碳钢A-TIG焊接方法的研究

对一种高效的TIG焊方法 (A -TIG)进行了初步研究。A -TIG即在预先准备好的施焊材料上涂敷一层表面活性剂 ,对其进行系列堆焊试验。结果表明 :在相同焊接参数下 ,涂敷表面活性剂后焊接电弧有明显收缩 ,熔池深度也有显著增加 ,而熔宽稍有减少。着重介绍了活性剂成分的调配及活性剂成分对熔深变化的影响 ,并且对熔深增加机理进行了初步研究。

A-TIG焊熔池流体流动形态的测试

为了验证A-TIG焊时的熔池流场计算结果,利用自行研制的活性剂FS12对不锈钢A-TIG焊时熔池流体流动变化进行了测试。利用高熔点双薄钨板挡住熔池流体流动的方法试验,对比焊缝中钨板周围钨颗粒的分布,从而对流体流动的方向进行试验验证。试验结果表明:无活性剂时钨颗粒在焊缝中心浓度比较小,而在焊缝边缘浓度比较大,钨板外侧浓度最大。证实了熔池流体流动是从中心流向边缘。有活性剂时的钨颗粒在焊缝边缘浓度比较小,焊缝中心的浓度比较大,而熔池底部浓度最大。证实了熔池流体流动是从边缘流向中心。通过以上试验说明,活性剂的加入改变了熔池流体流动的方向,使用活性剂FS12后强烈的熔池流体向内对流是A-TIG焊时熔深增加的根本原因。

AZ31B镁合金A-TIG单一活性剂的设计与研究

目前国内外关于单一活性剂在试验前设计的研究报道缺乏,为避免研究出现随机性和盲目性弊端,文中详细阐述了AZ31B单一活性剂的设计过程,研究了A-TIG电弧形态、焊缝熔深和焊缝表面成形质量。研究表明:通过对比分析文献信息,选定活性剂的基本元素和主要元素并对它们进行选配,最终确定欲研究的活性剂。这一设计思路是可行的。活性剂通过影响电弧形态收缩可致焊缝熔深增加,焊缝表面成形质量随活性剂与丙酮量的配比不同发生变化,9种活性剂在最大焊缝熔深时的丙酮量不同。综合分析认为,单质Zn为AZ31B镁合金A-TIG的首选活性剂。

SiO_2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理

采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Activating flux TIG)焊时,SiO2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究。进行正散焦真空电子束焊试验,SiO2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现SiO2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现SiO2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中SiO2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部。认为电弧极性区收缩和热输入增加是SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理。

活性剂对镁合金直流正接A-TIG焊熔深的影响

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直流正接A-TIG焊,研究了活性剂对焊缝熔深的影响规律。Te能显著增加熔深熔宽,分别达到传统TIG焊的2.5倍和1.4倍,而Ti和Si对熔深熔宽影响较小;V2O5和SiO2都使得熔深熔宽同时增加,其中SiO2增加熔深熔宽效果最明显,分别达到传统TIG焊的2.0倍和1.6倍,而TiO2对熔深熔宽影响较小;ZnF2,Cd-Cl2和MnCl2都使熔深熔宽显著增加,其中ZnF2的熔深熔宽增加最明显,分别达到传统TIG焊的4.0倍和1.6倍。认为活性剂增加镁合金直流正接A-TIG焊熔深主要与活性剂收缩电弧所导致的热输入增加有关。

单质对低碳钢A-TIG焊焊缝成形的影响

以Ti粉、Si粉和Te粉作为活性剂,研究了单质对低碳钢直流正接A-TIG焊焊缝成形的影响,分析了单质影响熔深的机理.在试验条件下,传统TIG焊的焊缝深宽比为0.24.添加三种活性剂后,焊缝表面都成形良好,Te粉使得焊缝余高增大.Ti粉和Te粉能显著增加熔深,Si粉对焊缝熔深影响则相对较小.Ti和Si粉能使熔宽收缩,而Te粉对熔宽几乎没有影响.在活性剂作用下,Ti粉的焊缝深宽比为0.43;而Te粉的为0.40,Si粉的只有0.35.Si粉、Ti粉、Te粉三者的焊缝熔深排序与其原子半径的大小顺序相同,焊缝熔深变化与单质原子半径大小关系密切.