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助焊剂TIG焊技术(A-TIG)

杨春利林三宝刘凤尧吴林
(哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001)

摘要助焊剂TIG焊技术(A-TIG)在19世纪90年代末期受到国外的高度重视同传统的TIG焊相比在
相同的规范下活性化焊接能够大幅度地提高生产率降低生产成本而无需更换生产设备A-TIG焊的
主要应用材料已经从最初的钛合金扩展到不锈钢碳钢和高温合金等材料应用范围日益扩大而我国
A-TIG焊技术的研究和开发才刚刚开始本文主要针对A-TIG焊的概念和特点发展历史国内外的研
究现状以及将来的发展趋势进行了分析和探讨
关键词助焊剂TIG焊
0前言

普通TIG焊广泛用于有色金属(钛合金铝合金等)不锈钢和高温合金等的焊接生产
在惰性气体的保护下可以获得高质量的焊接接头但TIG焊的主要不足是其单道可焊厚度
小(3mm)焊接效率低对于厚度较大的焊件需要开坡口或进行多层焊因此目前TIG
焊多用于薄件或多层焊的打底
助焊剂TIG焊技术(A-TIG)能够解决上述问题A-TIG焊最早是由乌克兰E.O.Paton
焊接研究所(PWI)在60年代开发的技术并在前苏联用于能源化工和航空航天工业的焊
接生产中
A-TIG焊的主要的优点有
(1)操作简单方便成本低A-TIG使用特殊研制的助焊剂(也称为活性剂)在
焊前涂敷到被焊工件的表面使用普通的TIG焊焊接设备和参数规范就可以进行焊接焊
后附在焊缝表面的熔渣可以简单地采用刷洗的方法去除不会对焊缝产生污染
(2)大幅度地提高焊接效率降低焊接成本在焊接规范参数不变的情况下与常
规TIG焊相比A-TIG焊可以提高熔深一倍以上(对于12mm厚度不锈钢可以单道一次焊
透)而且不增加正面焊缝宽度因此对于中等厚度的材料可不开坡口一次焊透对于更厚
的焊件则可以减少焊道的层数

图11m长焊缝各种焊接方法所需的焊道层数和焊接时间对比
对于薄板A-TIG焊可以提高焊接速度或者使用小规范焊接减小热输入及减小焊接
变形图1示出焊接不锈钢厚板1m长焊缝各种焊接方法所需的焊道层数和焊接时间对比
可以看出A-TIG焊对减少焊道层数和缩短焊接时间有明显的效果图2示出了6mm厚
度不锈钢板使用TIG焊和A-TIG焊的熔深对比情况

(a)普通TIG焊熔深(b)A-TIG焊熔深

图2普通TIG焊与A-TIG焊的熔深对比
(3)提高焊接质量A-TIG焊通过在同等速度下采用小规范可以有效地减少焊接
变形通过调整活性剂的成分可以改善焊缝的组织和性能此外钛合金活性化焊接能
够消除常规TIG焊所表现出的氢气孔也可以净化焊缝(降低焊缝中的含氧量)对于表面
清理不当保护出现问题或者潮湿气候下的焊接钛合金常规TIG焊缝中容易出现气孔
而采取活性化焊接后气孔没有出现图3示出1.2mm厚度钛合金板对缝焊接时气孔产
生情况在未涂敷活性剂区域焊缝中产生了较多量的气孔而涂敷活性剂区域没有产生
焊接气孔

未涂敷活性剂区域涂敷活性剂区域

图3钛合金对缝焊接气孔产生情况X-光照片

(4)焊缝正反面熔化成形好A-TIG焊得到的焊缝其正反面熔化宽度比例更趋合
理熔宽均匀稳定由于焊件散热条件变化或者夹具内涨环压紧程度不一致所导致的
背面出现蛇形焊道及不均匀熔透或非对称焊缝的程度减低对保证焊缝使用性能有利
(5)适用范围广泛A-TIG焊最初是开发用来消除钛合金焊缝气孔后来应用在提
高钛合金的熔深和焊缝性能上目前A-TIG焊可以用在钛合金不锈钢镍基合金铜镍
合金碳钢上PWI还开发了相关的药芯焊丝用于MIG焊中
A-TIG焊可以广泛地用于航空航天造船锅炉和汽车车辆等应用上述材料又需要
高质量焊缝的场合
1与A-TIG焊的作用机理有关的学术观点
1.1电弧收缩理论
针对A-TIG焊发生的明显的电弧收缩现象人们在电弧方面作了较多的研究并认为
电弧收缩对熔深增加有很大的影响研究电弧收缩的机理对进一步得到正确的配方和
电弧收缩理论认为活性剂在电弧高温下蒸发后以原子态包围在电弧周边区域
由于电弧周边区域温度较低活性剂蒸发原子扑捉该区域中的电子形成负离子并散失到周
围空间负离子虽然带的电量和电子相同但因为它的质量比电子大得多不能有效担负
传递电荷的任务导致电场强度E减小根据最小电压原理电弧有自动使E增加到最小
限度的倾向结果造成电弧自动收缩如图4所
示电弧电压增加热量集中用于熔化母材的
热量也增多从而使焊接熔深增加
在相同的亲合能条件下解离温度越高越有利
于电弧收缩比如氟比氯更有利于电弧收缩氧
化物也有类似的效果虽然它们的电子亲合能比卤
化物小但其解离温度比卤化物高故其电弧收缩
效果不一定比卤化物小
电流增加会提高电弧温度负离子形成机率相图4负离子引起的电弧收缩
对减少解离机率也将减少故电弧收缩倾向下降
文献指出在用活性剂焊接超过8mm的钢板时由于