空心鎢極焊接關(guān)鍵技術(shù)問題及發(fā)展現(xiàn)狀

楊義成， 陳健， 黃瑞生， 徐鍇, 孫謙， 杜兵

(1.哈爾濱焊接研究院有限公司,哈爾濱 150028；2.機(jī)械科學(xué)研究總院，北京 100044；3.北京科技大學(xué) 北京 100083)

0 前言

鎢極氬弧焊(Tungsten inert gas welding, TIG)及其填絲焊接技術(shù)因其電弧穩(wěn)定性好、焊接過程可控性高及焊縫質(zhì)量高等特點(diǎn)，在航空航天、軍工及核電等領(lǐng)域關(guān)鍵部件的焊接中應(yīng)用較為廣泛[1-3]。然而，常規(guī)TIG因焊槍空間尺寸大，焊接效率低、工藝實(shí)施過程具有方向性等技術(shù)特征，使其在實(shí)際工程應(yīng)用中存在較大局限性。為此，基于常規(guī)TIG焊接技術(shù)衍生出了諸如TOP-TIG[4]、雙鎢極焊接[5]、TIG-MIG/MAG復(fù)合焊接[6]、激光-TIG復(fù)合焊接[7-8]、Super-TIG[9]、K-TIG[10-12]等新型焊接方法，這些改進(jìn)的TIG焊接方法均在一定程度上解決了常規(guī)鎢極氬弧焊接效率低、焊接熔深小等技術(shù)短板，促進(jìn)了TIG焊接技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

迄今為止TIG焊接技術(shù)在多維柔性制造領(lǐng)域的難題并未得到有效解決，究其原因，其核心問題在于未能真正解決加工工藝具有方向性這一技術(shù)難題。德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)的Spaniol等人[13]采用熱絲TIG的方法將焊絲以較大角度從電弧上方送入熔池，在一定程度上解決了常規(guī)TIG填絲焊接工藝執(zhí)行過程具有方向性的問題，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)構(gòu)件的一次成形。賦能加工技術(shù)具備柔性化方面，同軸加工策略是一種行之有效的技術(shù)路線，例如，激光同軸送粉加工技術(shù)在焊接、修復(fù)、增材制造等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[14-15]，尤其在大型復(fù)雜高性能金屬構(gòu)件的一體化成型應(yīng)用較多；熔化極氣體保護(hù)焊(MIG/MAG)技術(shù)是當(dāng)前大型復(fù)雜金屬構(gòu)件低成本、高效增材制造的研究熱點(diǎn)[16-18]；等離子同軸送粉堆焊技術(shù)在高效表面改性方面具有獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)[19-20]。

開發(fā)兼具TIG焊接技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同軸熱源復(fù)合焊接或同軸填材焊接技術(shù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。將鎢極加工成帶有中心通孔的形狀，然后把焊接材料或其它熱源從中心孔通過是實(shí)現(xiàn)同軸焊接的重要技術(shù)路線，與常規(guī)鎢極相比，空心鎢極的顯著技術(shù)特征可概括為以下幾個(gè)方面：①可通過中心孔改變電弧物理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧特性的柔性控制[21]。例如，中心孔通入少量離子氣可實(shí)現(xiàn)低真空環(huán)境下引燃電弧的目的[22]；②空心鎢極中心通孔可實(shí)現(xiàn)離子氣和焊絲的同步送進(jìn)，使焊絲與電弧的幾何中心幾乎重合，這很好的解決了常規(guī)氬弧旁軸填絲焊接具有方向的問題；③空心鎢極中心通孔除了可以送進(jìn)離子氣和焊絲外，還可作為激光傳輸通道，實(shí)現(xiàn)激光-電弧同軸復(fù)合焊接[23]；④通過鎢極電子發(fā)射端形狀特征的改變可實(shí)現(xiàn)電弧能量分布特征的調(diào)整。這對(duì)于自主調(diào)控工件表面不同區(qū)域的熱/力分布特征具有重要意義，有望在某些特殊加工領(lǐng)域獲得最優(yōu)加工效果。

1 空心鎢極電弧特性研究現(xiàn)狀

空心鎢極是利用機(jī)械加工或粉末燒結(jié)的方法，按照一定尺寸要求加工出帶有中心通孔的鎢極，該鎢極稱之為空心鎢極，利用空心鎢極作為電極產(chǎn)生電弧進(jìn)行焊接的方法稱為空心鎢極焊接。

1.1 低真空環(huán)境下電弧特性

電弧形成的本質(zhì)是氣體介質(zhì)激發(fā)放電的過程，真空環(huán)境中由于電極周圍缺乏維持電弧持續(xù)燃燒所需的氣體介質(zhì)，常規(guī)電弧焊接方法難以實(shí)現(xiàn)電弧的持續(xù)穩(wěn)定燃燒，而空心鎢極內(nèi)孔的存在則恰好可以將氣體直接送到電弧發(fā)射端，為低真空環(huán)境下電弧放電提供了有利條件[24]。該技術(shù)研究最早由美國(guó)麻省理工學(xué)院和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究人員于1962年共同提出[25]，80年代前蘇聯(lián)科學(xué)家首體提出將該技術(shù)可應(yīng)用于類外太空環(huán)境下的焊接/修復(fù)[26- 27]。截止目前，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)學(xué)者圍繞低真空環(huán)境下的電弧特性開展了大量研究。

俄羅斯鮑曼莫斯科國(guó)立技術(shù)大學(xué)的Nerovnyi等人[28]針對(duì)真空環(huán)境下空心鎢極電弧的熱物理特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究結(jié)果表明，通過調(diào)控工藝參數(shù)可以改變已有電弧形態(tài)，當(dāng)焊接電流逐漸提高時(shí)，電弧由擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變?yōu)槭湛s型，擴(kuò)散型電弧在材料表面的溫度分布呈典型的高斯分布特征；而收縮型電弧則更像是由2個(gè)圓柱形熱源疊加而成，在真空環(huán)境下電弧的能量約有70%～86%傳遞到基體材料。日本大阪大學(xué)的Suita等人[24, 29-31]在20世紀(jì)初圍繞空心鎢極電弧焊接在太空環(huán)境下應(yīng)用的可行性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，研究結(jié)果表明在太空環(huán)境下，以空心鎢極電弧熱源為基礎(chǔ)的焊接技術(shù)具備獲得無(wú)缺陷，強(qiáng)度與母材相當(dāng)焊接接頭的能力。

日本大阪大學(xué)的Nishikawa等人[32]利用空中飛行的飛機(jī)下降過程產(chǎn)生的失重現(xiàn)象，模擬了低真空微重力環(huán)境下空心鎢極電弧焊接特性，如圖1所示。研究結(jié)果表明，與常規(guī)鎢極電弧相比，空心鎢極產(chǎn)生的電弧在基體材料表面較為發(fā)散，只有常規(guī)鎢極電弧的0.2倍，形成的焊縫呈淺而寬的特征；與常規(guī)鎢極電弧焊相比，空心鎢極的電弧的溫度分布較為一致，其焊接特性與被材料的類型關(guān)系較大。

圖1 真空環(huán)境下微重力與正常重力對(duì)焊縫成形影響

另有一些學(xué)者的研究結(jié)果表明，空心鎢極電弧在特定的環(huán)境下也可獲得能量更為集中的電弧。例如，日本大阪大學(xué)Nishikawa等人[22]研究結(jié)果表明，在低真空環(huán)境下，空心鎢極內(nèi)孔的氣流量較小，鎢極和工件的工作距離較遠(yuǎn)即可獲得能量更加集中的電弧，對(duì)應(yīng)的焊縫熔深也會(huì)顯著增加，氣流量對(duì)電弧形貌的影響如圖2所示。

圖2 氣流量對(duì)空心鎢極電弧放電特性的影響

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Cho等人[33]在真空環(huán)境下對(duì)CCD拍攝到的電弧圖像進(jìn)行Abel逆變換，然后基于光學(xué)輻射強(qiáng)度、溫度和電流密度的物理關(guān)系，確定電弧熱流密度、電弧壓力和電流密度的分布特征，以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建理論模型分析了真空環(huán)境下不同內(nèi)孔氣體流量對(duì)空心鎢極電弧焊熔池形成過程的影響規(guī)律。

1.2 大氣環(huán)境下電弧特性

除了在真空環(huán)境下開展空心鎢極電弧特性研究外，還有一些學(xué)者在大氣環(huán)境下分析了空心鎢極的電弧特性。日本大阪大學(xué)的Tashiro等人[34]通過數(shù)值模擬的方法構(gòu)建了理論分析模型，如圖3所示，對(duì)比分析了常規(guī)鎢極與空心鎢極，以及不同空心鎢極內(nèi)孔氣體流量下的電弧特性。研究結(jié)果表明，在鎢極尖端角度一致時(shí)，空心鎢極尖端由于發(fā)射電子區(qū)域較大，其電極附近的電流密度要低于常規(guī)鎢極，且電弧溫度液只有常規(guī)鎢極的60%，電極表面的熱流密度也只有常規(guī)TIG的50%以下，有利于電極的長(zhǎng)時(shí)間工作；此外，通過調(diào)節(jié)空心鎢極內(nèi)孔氣體流量可以獲得更為均勻的電弧溫度場(chǎng)用于加熱材料。這說明空心鎢極可以在一定程度上彌補(bǔ)常規(guī)TIG電弧的不足，對(duì)于一些在特殊領(lǐng)域有特殊需求的材料而言具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖3 常規(guī)鎢極和空心鎢極電弧特性數(shù)值模擬

上述相關(guān)研究均是通過內(nèi)孔向電弧區(qū)域送入一定量的離子氣，還有一些學(xué)者則提出從空心鎢極內(nèi)孔向外抽氣，使空心鎢極內(nèi)孔處于“微負(fù)壓”狀態(tài)，從而改變電弧特性。北京工業(yè)大學(xué)陳樹君團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究，其原理如圖4所示[35]。

圖4 空心鎢極內(nèi)孔負(fù)壓焊接過程示意圖

相關(guān)研究結(jié)果如圖5所示[36]，與常規(guī)鎢極相比，空心鎢極內(nèi)孔形成“微負(fù)壓”后電弧形態(tài)收縮，能量密度提高，焊縫熔深增加，熔寬降低，此外對(duì)于熱裂紋也起到一定的抑制作用。數(shù)值模擬的結(jié)果表明在內(nèi)孔“微負(fù)壓”狀態(tài)下，電弧拘束度增加，沿電弧徑向溫度分布梯度逐漸增大[21]。Jiang等人[37]同樣對(duì)負(fù)壓環(huán)境下空心鎢極電弧特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，研究結(jié)果均表明，空心鎢極內(nèi)孔負(fù)壓對(duì)電弧形態(tài)產(chǎn)生不可忽視的影響，隨著空心鎢極內(nèi)孔壓力降低，電弧燃燒所需電壓升高，電弧穩(wěn)定性下降。

圖5 常規(guī)電弧和“微負(fù)壓”電弧對(duì)焊縫成形影響

江蘇科技大學(xué)的倪中旺[38]采用數(shù)值分析的方法分別對(duì)空心鎢極、分叉鎢極和雙鎢極的電弧物理特性進(jìn)行了模擬計(jì)算，相關(guān)研究結(jié)果表明，空心鎢極內(nèi)孔氣流量增加，電弧中軸線上的溫度、電流密度和等離子流速等均下降；內(nèi)孔直徑變大電弧中軸線上的溫度、電流密度和等離子流速降低的同時(shí)，作用在工件表面的壓力也隨之下降。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的李愛國(guó)等人[39]指出由于實(shí)心鎢極的電弧能量較為集中，電弧壓力呈正態(tài)分布，堆焊層的稀釋率通常在10%以上，而空心鎢極的能量分布較為均勻，堆焊層的稀釋率可以控制在1%以內(nèi)。

基于上述分析可以看出，基于空心鎢極的電弧熱源是常規(guī)實(shí)心鎢極電弧特征的繼承和發(fā)展，在保留了鎢極電弧穩(wěn)定性的同時(shí)，空心鎢極電弧特性的調(diào)控更具有靈活性。然而，部分學(xué)者的研究成果存在一定的差異性，這說明空心鎢極電弧物理還有待進(jìn)一步的深入研究。

2 空心電極同軸熱源復(fù)合焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀

復(fù)合熱源焊接即課彌補(bǔ)單一熱源直接焊接存在的技術(shù)短板，還可充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果。以激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)為例，激光焊接作為高能束焊接的一種，具有能量集中，焊接效率高等技術(shù)特征，但該技術(shù)工況適應(yīng)能力差，對(duì)工件裝配精度要求極高；電弧焊接具有優(yōu)異的工況適應(yīng)能力，但存在焊接效率低，焊接熱輸入大等缺點(diǎn)，激光與電弧復(fù)合后，不僅有效提升了焊接質(zhì)量，焊接效率也獲得大幅增加，近年來(lái)已成為工程技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究的重點(diǎn)。

2.1 空心鎢極同軸激光復(fù)合焊接

德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)Rose和弗朗霍夫研究Mahrle等人[7, 8, 40]合作將低功率激光束同軸穿過空心鎢極形成的等離子弧，實(shí)現(xiàn)了激光熱源和等離子熱源的同軸復(fù)合，焊槍結(jié)構(gòu)如圖6所示，進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，激光加入產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)在顯著提高焊接過程穩(wěn)定性的同時(shí)也提升了焊接效率。

圖6 激光-空心鎢極同軸復(fù)合焊接示意圖

日本杰富意(JFE)工程技術(shù)株式會(huì)社Doi等人[23]同樣將YAG激光束通過空心鎢極內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了激光與TIG電弧同軸復(fù)合焊接的目的，并基于光束質(zhì)量計(jì)算方法建立了匙孔輪廓預(yù)測(cè)模型。

2.2 空心鎢極同軸電子束復(fù)合焊接

20世紀(jì)90年代年哈爾濱焊接研究所提出了一種新型非真空電子束(電子-等離子束)焊接方法，如圖7所示[41]，該焊接技術(shù)利用等離子產(chǎn)生的泵效應(yīng)，有效減少了電子束的能量損失，成功地在大氣環(huán)境中將高能量密度電子束通過空心鎢極的中心孔引出，當(dāng)加速電壓為100 kV、束流為50～100 mA、等離子電流為100 A時(shí)，低碳鋼的焊接熔深接近20 mm，克服了真空室的限制。

圖7 電子束-等離子同軸復(fù)合焊接示意圖

2.3 空心電極同軸電弧復(fù)合焊接

Plasma-MIG復(fù)合焊接通常采用兩臺(tái)焊接電源，在實(shí)驗(yàn)過程中，MIG電極和Plasma電極采用同極性接法。該方法最早于1972年由荷蘭Essers等人[42]首次提出，典型的Plasma-MIG同軸復(fù)合焊接過程如圖8所示。該焊接方法利用等離子弧包圍內(nèi)部的MIG弧，外層等離子弧起到維持電弧和穩(wěn)定電弧的作用，焊接過程中熔滴過渡過程穩(wěn)定，幾乎無(wú)飛濺產(chǎn)生、焊縫成形較好[43]。由于等離子弧對(duì)鋁合金表面氧化膜的破除具有顯著效果，在鋁合金的高質(zhì)量焊接中應(yīng)用較為廣泛[44-45]。

圖8 Plasma-MIG復(fù)合焊接示意圖

針對(duì)雙電源設(shè)備復(fù)雜，工藝參數(shù)多等問題，哈爾濱焊接研究所的周大中等人[46]于1990年提出單電源Plasma-MIG復(fù)合焊接方法，并指出該方法更有利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

3 空心鎢極同軸填絲焊接

國(guó)內(nèi)外關(guān)于空心鎢極同軸填絲焊接相關(guān)的報(bào)道最高可追溯到上世紀(jì)90年代美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)申請(qǐng)的一項(xiàng)專利。近5年來(lái)，國(guó)內(nèi)也有部分專利涉及到空心鎢極同軸送絲焊接，2016年江蘇阿斯美特精工科技有限公司[47-48]提出通過在鎢極側(cè)壁加工氣路的方法，實(shí)現(xiàn)空心鎢極氣/絲聯(lián)合同軸送進(jìn)的效果；2017年沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)的徐國(guó)建等人[49]利用半裂式鎢極內(nèi)壁制備絕緣涂層的方法，實(shí)現(xiàn)焊絲和空心鎢極同軸且絕緣的目的。哈爾濱工程大學(xué)的苗玉剛等人[50]提出一種基于空心鎢極分流的熔化極電弧焊接裝置，提高了焊槍的在不同工況下應(yīng)用的靈活性，也有助于焊接效率的提升。江蘇科技大學(xué)的胡慶賢等人[51]基于空心鎢極的特點(diǎn)分別提出了空心鎢極TOPTIG焊接方法、氣磁聯(lián)合調(diào)控空心鎢極TOPTIG焊接方法[52]和空心鎢極厚板填絲焊接方法[53]，并申請(qǐng)了相關(guān)專利。然而，迄今為止未見空心鎢極同軸填絲焊接相關(guān)技術(shù)與機(jī)理研究的報(bào)道。

從上述研究可以看出，國(guó)內(nèi)外關(guān)于空心鎢極同軸填絲焊接的報(bào)道均是從技術(shù)可行性角度出發(fā)，提出了空心鎢極同軸填絲焊接的方法，與該加工方法相關(guān)核心技術(shù)和科學(xué)問題的深入探索幾乎沒有涉及，而相關(guān)問題的提出和突破是促進(jìn)該技術(shù)快速發(fā)展的前提。

4 空心鎢極焊接若干科學(xué)與技術(shù)問題

目前，無(wú)論是外太空環(huán)境還是大氣環(huán)境，基于空心鎢極焊接技術(shù)相關(guān)的研究大多處于試驗(yàn)室階段，尤其是空心鎢極同軸填絲焊接相關(guān)機(jī)理的研究至今未見報(bào)道，技術(shù)成熟度距實(shí)際工程應(yīng)用還有一定距離。為加快該技術(shù)發(fā)展速度，為實(shí)際工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，作者認(rèn)為需要從以下若干科學(xué)與技術(shù)問題出發(fā)，找到突破點(diǎn)。

4.1 空心鎢極焊接系統(tǒng)關(guān)鍵部件的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

由焊接電源、水冷系統(tǒng)、氣輸系統(tǒng)、其它熱源和焊炬等組成的空心鎢極焊接用成套系統(tǒng)的性能會(huì)直接影響到最終焊接質(zhì)量，這其中焊炬的優(yōu)化設(shè)計(jì)是整套焊接系統(tǒng)的核心。通過空心鎢極內(nèi)孔加入的氣體、熱源、材料等物質(zhì)，都會(huì)對(duì)焊接過程中的熱/力分布特征產(chǎn)生重要影響。如何在充分認(rèn)識(shí)空心鎢極焊接過程中熱場(chǎng)、流場(chǎng)、電磁場(chǎng)、力場(chǎng)，以及多場(chǎng)耦合特性的基礎(chǔ)上，從焊接需求出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)空心鎢極焊接系統(tǒng)關(guān)鍵部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程熱/力特性的調(diào)控，是獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的前提。以氣流為例進(jìn)行說明，綜合考慮空心鎢極內(nèi)孔氣流、焊炬內(nèi)、外層保護(hù)氣的動(dòng)力學(xué)特性，優(yōu)化焊炬不同位置氣路數(shù)量和氣路結(jié)構(gòu)，獲得氣流狀態(tài)和氣體氛圍均可控的效果，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)焊接的基礎(chǔ)。

4.2 空心鎢極電弧穩(wěn)定燃燒的邊界條件及調(diào)控措施

空心鎢極和常規(guī)鎢極相比，其電子發(fā)射區(qū)域由尖端一點(diǎn)變成了環(huán)狀面形，電子達(dá)到穩(wěn)定發(fā)射的條件要求更為苛刻，找到影響電弧穩(wěn)定燃燒的關(guān)鍵因素，總結(jié)出關(guān)鍵影響因素改變時(shí)，電弧穩(wěn)定燃燒的邊界條件是實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性調(diào)控的前提。

4.3 焊絲和電弧耦合(“絲-弧”耦合)作用機(jī)制

空心鎢極同軸填絲焊接，焊絲從電弧中心區(qū)域高溫區(qū)送出，焊絲熔化熱量來(lái)源按加熱過程分為3部分：焊絲將要進(jìn)入電弧區(qū)域時(shí)，在高溫電弧熱輻射作用焊絲溫度升高，簡(jiǎn)稱焊絲“預(yù)熱階段”；焊絲進(jìn)入電弧區(qū)域時(shí)，電弧熱直接通過熱傳導(dǎo)的方式傳遞給焊絲，該過程簡(jiǎn)稱“熱傳導(dǎo)階段”；當(dāng)焊絲和基體接觸時(shí)，焊絲變?yōu)榈鼐€，此時(shí)一部分焊接電流從焊絲流過，產(chǎn)生電阻熱，該過程簡(jiǎn)稱“電阻加熱階段”。不同焊絲直徑、焊絲材質(zhì)和焊接規(guī)范等都會(huì)對(duì)焊絲熔化所需熱量來(lái)源產(chǎn)生重要影響，因此構(gòu)建可以精準(zhǔn)描述焊絲熔化的熱吸收模型，分析焊絲熔化過程，形成相應(yīng)的調(diào)控措施具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.4 熔滴過渡過程及調(diào)控措施

焊絲穩(wěn)定熔化是熔融液滴有序過渡的前置條件，而熔化后形成的液滴能否穩(wěn)定過渡進(jìn)入焊接熔池則是直接決定焊接過程穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。在“熱輻射階段”、“熱傳導(dǎo)階段”作用下焊絲末端的液滴逐漸長(zhǎng)大，進(jìn)入“電阻加熱階段”熔融液滴和液態(tài)熔池接觸，此時(shí)液滴在表面張力、重力、電磁力作用下處于不穩(wěn)定階段，如何控制液滴的有序過渡是調(diào)控焊接過程穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于空心鎢極的焊接技術(shù)在兼具鎢極氬弧焊接高穩(wěn)定性的同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行同軸熱源復(fù)合焊接或填材焊接，空心鎢極內(nèi)孔通離子氣的方法可解決低真空焊接電弧不穩(wěn)定的技術(shù)難題，未來(lái)該技術(shù)在太空焊接、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接、高性能大型復(fù)雜金屬構(gòu)件低成本增材制造、高附加值材料低稀釋率堆焊等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ募庸ぜ夹g(shù)。空心鎢極焊接技術(shù)仍存在一些亟需解決的技術(shù)難題，同時(shí)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇，該技術(shù)能否快速發(fā)展和工程化應(yīng)用推廣，將在很大程度上取決于人們對(duì)以下問題的研究程度：綜合考慮焊炬冷卻效果、氣流狀態(tài)和氣體氛圍等關(guān)鍵因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)空心鎢極焊接系統(tǒng)關(guān)鍵部件，尤其是焊槍的優(yōu)化設(shè)計(jì)；電弧穩(wěn)定燃燒所需基本要素及其對(duì)電弧特性影響機(jī)制，并建立相應(yīng)的理論模型和穩(wěn)弧調(diào)控措施；空心鎢極同軸填絲焊接時(shí)，“絲-弧”熱力耦合作用機(jī)制及其對(duì)焊絲穩(wěn)定熔化和熔滴有序過渡機(jī)制的影響規(guī)律，形成有效調(diào)控措施；空心鎢極同軸熱源復(fù)合焊接，多熱源交互作用機(jī)制，及其對(duì)能量傳輸和電弧靜特性的影響規(guī)律；非平衡焊接過程中，移動(dòng)熔池熔化、凝固過程，以及焊縫內(nèi)部合金元素組分傳輸驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源及影響機(jī)制；非平衡焊接過程中焊縫內(nèi)部晶粒演化規(guī)律、固態(tài)相變及顯微組織形成規(guī)律對(duì)焊縫力學(xué)性能的影響。

未來(lái)，鑒于以空心鎢極結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)形成熱源所具備的熱/力特性，除了焊接領(lǐng)域外，該技有望在熱成型、新材料熔煉等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。同時(shí)，隨著數(shù)字化制造技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的深度融合，與空心鎢極焊接關(guān)鍵過程息息相關(guān)的理化表征技術(shù)、理論建模、數(shù)值模擬計(jì)算方法的完善和發(fā)展，是進(jìn)一步促進(jìn)該技術(shù)理論體系建立和關(guān)鍵技術(shù)突破的有效措施，應(yīng)給予足夠的重視。