大熔深TIG焊接方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

【摘??要】為了克服傳統(tǒng)TIG焊接方法存在的單道焊接熔深淺的缺點，相關(guān)學(xué)者開發(fā)了多種大熔深TIG焊接方法。通過對這些新型TIG焊接方法的開發(fā)和應(yīng)用，可以增大TIG焊的焊接熔深，提高TIG焊的焊接效率，進(jìn)一步擴展TIG焊的應(yīng)用范圍，促進(jìn)國民經(jīng)濟的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】大熔深;TIG焊;研究現(xiàn)狀

焊接技術(shù)作為一種重要的材料連接方法在國民經(jīng)濟建設(shè)和國家現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。作為優(yōu)質(zhì)、清潔焊接方法的代表鎢極氬弧焊（簡稱TIG焊），因具有焊接質(zhì)量優(yōu)良、焊接過程無煙塵、適用所有金屬材料的焊接、可實現(xiàn)全位置焊接的優(yōu)點，在焊接領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但該焊接方法焊接時需要使用鎢針作為電極，而鎢針承載電流的能力低，形成的電弧能量不夠集中，從而使得該焊接方法具有單道焊接熔深小、焊接熔敷速率低、焊接速度慢等缺點。為克服其缺點，世界各個國家的相關(guān)專家學(xué)者進(jìn)行了大量改進(jìn)研究，研究的方向主要集中在增大單道焊接熔深、提高熔敷速率、提高焊接速度三個方面。

一.A-TIG焊接方法

A-TIG焊又叫活性TIG焊，該焊接方法是在進(jìn)行TIG焊之前先在待焊焊道表面涂覆一層活性劑，然后進(jìn)行常規(guī)的TIG。該焊接方法可以顯著增大TIG焊的單道焊接熔深。對于不銹鋼材料，常規(guī)TIG焊的單道焊接熔深最大為3mm左右，A-TIG可以將不銹鋼的單道焊接熔深提高到10mm左右。國內(nèi)蘭州理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、遼寧工程技術(shù)大學(xué)等單位的學(xué)者對該焊接方法進(jìn)行了大量研究，并且針對不銹鋼、碳鋼、鋁合金等材料開發(fā)了專門的活性劑。這些活性劑的開發(fā)，也使得該焊接方法在焊接生產(chǎn)中獲得了一定的應(yīng)用。但是該焊接方法相對常規(guī)TIG焊增加了一道活性劑的涂覆工序，并且活性劑的涂覆過程很難保證均勻，且不利于實現(xiàn)焊接過程的自動化。因此，這些缺點都限制了該焊接方法在生產(chǎn)上的大量推廣使用。

二.AA-TIG焊接方法

電弧輔助活性TIG焊（簡稱AA-TIG）是在進(jìn)行TIG焊時引入活性氣體，通過活性氣體作用于電弧和焊接熔池，從而增大焊接熔深，提高焊接效率。AA-TIG焊的實現(xiàn)形式有兩種，一種稱為分離電弧AA-TIG焊，一種稱為耦合電弧AA-TIG焊。分離電弧AA-TIG焊是首先利用以活性氣體和惰性氣體的混合氣作為保護(hù)氣形成的電弧在待焊焊道表面形成一層預(yù)熔氧化層，該氧化層就可以充當(dāng)活性劑的作用，然后再進(jìn)行常規(guī)TIG焊。耦合電弧AA-TIG焊是沿著焊接方向布置兩把焊槍，前面的一把焊槍保護(hù)氣為活性氣體和惰性氣體的混合氣，后面一把焊槍保護(hù)氣為惰性氣體。兩把焊槍形成一個耦合電弧，共同作用于焊接熔池。AA-TIG焊的兩種實現(xiàn)途徑都可以實現(xiàn)增大焊接熔深的目的，可以將TIG焊單道焊接熔深增大到10mm左右。目前該焊接方法還處于實驗室研究階段，活性氣體對焊縫性能的影響還存在不確定因素，因此該焊接方法在生產(chǎn)中還沒有獲得推廣應(yīng)用。

三.K-TIG焊接方法

上個世紀(jì)九十年代，澳大利亞的一家科研機構(gòu)提出一種新型TIG焊接方法——K-TIG焊接方法。該焊接方法是通過一種特制的焊槍，該焊槍可以承載較大的焊接電流，利用電弧的自身的收縮作用獲得能量密度大，電弧溫度高的焊接電弧。該電弧在焊接時，焊接母材在高溫電弧的作用下迅速熔化，甚至直接達(dá)到汽化狀態(tài)。汽化的液態(tài)金屬在高溫電弧的作用下會快速逃離液態(tài)熔池。氣態(tài)金屬在逃離液態(tài)熔池時，會對熔池形成一個反向的作用力。液態(tài)熔池在該反向作用力的影響下，結(jié)合自身的重力，液態(tài)熔池就會向下凹陷。當(dāng)反向沖擊力，液態(tài)金屬自身重力和液態(tài)金屬表面張力形成一種動態(tài)平衡時，就會在液態(tài)熔池中間形成一個動態(tài)的小孔，實現(xiàn)穿孔形式的焊接。該焊接方法通過形成穿孔形式的焊接，可以實現(xiàn)12mm厚度以下不銹鋼的單面焊雙面成形焊接。目前該焊接方法在國內(nèi)已經(jīng)有不少單位開始進(jìn)行研究.

四.DP-TIG焊接方法

DP-TIG焊接方法是深熔TIG焊接方法的簡稱。該焊接方法的原理是通過一把特殊設(shè)計的焊槍，實現(xiàn)對鎢極的強制冷卻。將鎢極冷卻后，就可以將焊接電弧壓制到鎢極的最尖端，從而獲得截面積較小的焊接電弧，該焊接電弧能量密度大、電弧挺度高、可以實現(xiàn)類似激光焊的穿孔形式的焊接，對于不銹鋼、碳鋼、鈦合金等多種焊接材料實現(xiàn)穩(wěn)定的單面焊雙面成形焊接工藝。該焊接方法目前可以將TIG焊的單道焊接熔深增大到13mm左右，并且可以顯著提高焊接速度。目前該焊接方法引起了國內(nèi)很多單位的重視，在國內(nèi)唐山開元焊接自動化技術(shù)研究所率先開展了該焊接方法的研究，并且成功將該焊接方法推向工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)該焊接方法的產(chǎn)業(yè)化，并且獲得很多客戶認(rèn)可。

五.U-TIG焊接方法

超聲波TIG復(fù)合焊（簡稱U-TIG焊）是一種新型的TIG焊接方法，該焊接方法是在傳統(tǒng)TIG焊接過程中疊加一定頻率的超聲波，通過超聲波能量的作用，優(yōu)化焊縫組織性能，增大焊縫的熔深。核工業(yè)工程研究設(shè)計有限公司的田玉鑫等人的研究結(jié)果表明：超聲波TIG復(fù)合焊接方法可以顯著增大焊接熔深，可以將焊接熔深增大到5mm左右。并且該復(fù)合電弧能量集中，還能夠改善焊縫表面成形，使工件變形小、熱影響區(qū)小，有利于提高焊接接頭質(zhì)量。對于超聲波TIG復(fù)合焊的原理，哈爾濱工業(yè)大學(xué)最先開展了這方面的研究，通過觀察復(fù)合電弧的形態(tài)、測試電弧壓力、溫度分布等，明確了該復(fù)合電弧的特性。研究結(jié)果表明：超聲波作用于電弧后可以引起電弧壓力增大，從而有利于電弧能量向焊接熔池的傳遞，增大焊接熔深。

六.磁控TIG焊接方法

磁控TIG焊接方法是在常規(guī)TIG焊接過程中引入一定方向和大小的磁場，通過磁場對焊接電弧和焊接熔池的作用，實現(xiàn)增大焊接熔深、改善焊縫組織的目的。目前增加的磁場形式主要有橫向磁場、縱向磁場、橫向旋轉(zhuǎn)磁場和尖角磁場四種形式的磁場。以增大焊接熔深為主要目的的磁場是縱向磁場。沈陽工業(yè)大學(xué)的研究結(jié)果表明，增加縱向磁場后，電弧中的帶電粒子在磁場的作用下沿磁力線方向做旋轉(zhuǎn)運動，隨著磁場強度的增強，焊接電弧收縮，能量密度增大，從而可以增大焊接熔深。該焊接方法，可以通過引入不同的磁場實現(xiàn)不同的目的，具有廣闊的研究前景和應(yīng)用前景。

七.結(jié)語

對于大熔深TIG焊接方法的研究，可以在保留TIG焊優(yōu)點的同時，克服TIG焊存在的單道焊接熔深淺的缺點，使得TIG焊接方法在中厚板焊接領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢，進(jìn)一步拓展TIG焊的應(yīng)用范圍，以滿足工業(yè)生產(chǎn)對焊接方法提出的越來越高的要求，促進(jìn)焊接產(chǎn)業(yè)向著智能化、高效化、綠色化的方向發(fā)展。

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作者簡介：

劉自剛（1985.10-），男，漢族，河南省商丘市人，碩士研究生學(xué)歷，諾力智能裝備股份有限公司、浙江省智能物流裝備工程技術(shù)研究中心工程師，主要研究方向：新型高效焊接方法、焊接自動化設(shè)備。

（作者單位：諾力智能裝備股份有限公司）