鋁合金活性TIG焊接法及其熔深增加機理的研究.pdf

1、活性焊接法是一種高效率、高質(zhì)量、低能耗、低成本的新型焊接方法，具有廣闊的應用前景，引起了人們的廣泛關注。本論文通過改變活性劑涂敷方式提出了一種新型鋁合金活性TIG焊接法，并分別進行了活性焊接法及其熔深增加機理研究，這對于增加鋁合金TIG焊熔深，提高生產(chǎn)效率，具有重要的現(xiàn)實意義。尤其活性劑增加熔深機理的研究，對于開發(fā)活性劑和制定焊接工藝，具有指導意義，對于加深人們對活性劑材料影響。TIG焊電弧一熔池耦合系統(tǒng)的認識，具有重要的理論意義。

2、 針對鋁合金材料，通過改變活性劑涂敷方式提出了一種新型活性焊接法——FZ-TIG焊(Flux Zoned TIG Welding)，即分區(qū)活性TIG焊接法。該方法是在傳統(tǒng)TIG焊前，在待焊焊道表面中心區(qū)域涂敷低熔沸點低電阻率活性劑，在兩側(cè)區(qū)域分別涂敷高熔沸點高電阻率的絕緣層，然后進行正常焊接。采用該方法可解決鋁合金A-TIG焊和FB-TIG焊中焊縫熔深顯著增加和焊縫表面成形良好不能兼顧的難題。 采用均勻設計法開發(fā)了適用于鋁合

3、金交流FZ-TIG焊的中間涂層活性劑材料FZ108。當以FZ108+SiO2作為活性劑進行鋁合金交流FZ-TIG焊時，焊縫熔深達到傳統(tǒng)交流TIG焊的3.3倍，焊縫成形良好，焊縫組織細化，焊縫力學性能良好。 將鋁合金直流正接TIG焊與活性焊接法結合起來，提出采用直流正接活性TIG焊進行鋁合金焊接不但能打開焊縫表面氧化膜，而且能增加焊縫熔深。開發(fā)了適用于鋁合金直流正接FZ-TIG焊的中間涂層活性劑材料FZ109，當以FZ109+Si

4、O2作為活性劑進行鋁合金直流正接FZ-TIG焊時，焊縫熔深顯著增加，達到傳統(tǒng)直流正接TIG焊的2.7倍，且焊縫成形和焊縫組織都良好。 通過研究增加熔深最明顯的單組元活性劑SiO2和多組元活性劑AF305增加鋁合金交流A-TIG焊熔深和活性劑FZ108+SiO2增加鋁合金交流FZ-TIG焊熔深的機理，提出電弧收縮是其增加熔深的主要機理，而不是表面張力梯度改變所造成的熔池內(nèi)液態(tài)金屬的流態(tài)改變。而鋁合金材料表面張力小，粘度低，是導致表

5、面張力溫度梯度改變不是活性劑增加鋁合金活性TIG焊熔深的主要機理的重要原因。根據(jù)活性劑種類和活性劑涂敷方式不同，活性劑收縮焊接電弧的方式有三種，分別為電弧弧根整體收縮而弧柱發(fā)散，電弧弧根和弧柱都收縮，電弧斑點離散收縮而弧柱發(fā)散。而活性劑收縮方式不同主要是因為活性劑物化特性不同對活性劑在電弧中所經(jīng)歷的物理過程的影響不同，其中主要的物化特性包括活性劑的熔沸點、電阻率、功函數(shù)和解離能以及活性劑中所含元素的電離能和電子親和能等。 針對采

6、用AF305活性劑進行交流A-TIG焊時的電弧斑點離散收縮方式，建立了移動熱源作用下的交流A-TIG焊熔池的三維物理數(shù)學模型，采用PHOENICS軟件進行數(shù)值模擬研究了活性劑增加熔深的機理。模擬結果與試驗結果基本吻合。當電弧斑點離散收縮時，斑點面積顯著減小，使熔池表面由負的表面張力溫度梯度驅(qū)動的向外流動的Marangoni環(huán)流和熔池內(nèi)部由電磁力驅(qū)動的向內(nèi)環(huán)流都增強。但由于電弧斑點的離散分布，使向內(nèi)環(huán)流的作用區(qū)域顯著增加，使得電弧熱量被有