粉煤灰/二氧化硅活性剂在Q235钢A-TIG焊中的应用

为了探究粉煤灰作为A-TIG焊活性剂的可行性,以粉煤灰和不同含量的二氧化硅制备复合活性剂在Q235钢基体表面进行A-TIG焊,研究了复合活性剂成分含量对焊缝截面形貌、显微组织和元素分布的影响.结果表明:采用粉煤灰-40%SiO_2作为复合活性剂进行A-TIG焊时,可将6 mm厚Q235钢板一次性焊透,焊缝深宽比可达到0.85;焊缝出现明显的中间收缩倾向,呈"深口杯"状,可实现单道焊双面成型的效果;其焊缝柱状晶数目较多、组织排列规则且具有方向性,熔合区和热影响区组织均匀细小,可降低焊接母材的过热倾向;相对于100%SiO_2活性剂,Si元素的溶入量和溶入深度显著增加,这说明粉煤灰中其他成分的存在对Si元素溶入焊缝、进而增加焊缝熔深起到促进作用.采用粉煤灰-40%SiO_2为活性剂进行A-TIG焊时焊缝熔深的增加机理可能是以电弧收缩理论为主,但考虑到Al元素溶入较深且溶入量较多,粉煤灰中其他物相又十分复杂,在高温电弧作用下各物相之间相互反应放热致使电弧热输入增加、其他组分在熔池中改变了熔池表面张力温度梯度等均可能致使焊缝熔深增加.     

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。     

粉末熔池耦合活性TIG焊接方法

提出了一种新型活性焊接方法——粉末熔池耦合活性TIG焊(Powder pool coupled activating TIG welding,PPCATIG)。该方法采用双层气体进行焊接,内层利用惰性气体保护钨极,外层通过自动送粉装置将活性剂粉末随保护气体送入电弧-熔池区域,增加熔深,提高焊接效率,实现机械化自动化焊接。针对SUS304不锈钢进行了直流正接PPCA-TIG表面熔深,通过与传统TIG焊对比,研究了SiO_2活性剂对电弧形态、焊缝成形、组织和力学性能的影响。结果表明:SiO_2能使电弧等离子体收缩、熔池金属流态改变,并且焊缝熔深能达到传统TIG焊的3倍以上,焊接效率明显提高。焊缝组织主要为奥氏体和铁素体,铁素体形态以骨架状为主。焊缝抗拉强度略低于母材,但相比传统TIG焊,焊缝屈服强度略有提高,其焊缝低温冲击韧性达到了传统TIG焊的96.8%,表现出了良好的力学性能。同时,采用该方法可有效避免活性剂粉末对钨极的污染。     

镁合金钨极氩弧焊活性剂的研究进展

结合镁合金活性钨极氩弧焊焊接工艺(A-TIG)的特点,系统地综述了单质型、卤化物型、氧化物型和复合型活性剂的研究进展。活性剂增加镁合金焊接熔深主要有"电弧收缩"和"表面张力温度梯度改变"两种作用机制。复合型活性剂综合了各类单一不同活性剂的优点,成为目前A-TIG研究的重点。     

A-TIG焊接方法研究现状及展望

TIG焊作为一种高质量焊接方法的代表,具有焊接过程稳定、焊缝成形美观、焊缝质量高、焊接过程无飞溅等优点,但同时也存在单道焊接熔深浅、焊接速度慢、熔敷速率低等缺点.为了克服TIG焊存在的缺点,提出了A?TIG焊接方法,该焊接方法是先在待焊焊道表面涂覆一层活性剂,然后再进行施焊.该焊接方法在保留TIG焊优点的前提下,可以显著增大TIG焊单道焊接熔深,提高焊接生产效率.近几年很多学者对A?TIG进行了大量研究,也开展了A?TIG焊在工业生产上的部分应用,但是A?TIG焊仍存在以下几方面问题:(1)A?TIG焊接需要涂覆活性剂的工序,不利于实现焊接过程的自动化,且活性剂的涂覆很难保证均匀稳定,限制了其在工业生产上的应用.(2)活性剂增大焊缝熔深的机理尚未形成统一的认识,对该机理的研究还不够深入.(3)需要针对不同的焊接母材开发不同的活性剂,且不同学者开发的活性剂千差万别,缺少统一的衡量标准,不利于活性剂的产业化.针对不锈钢、铝合金、钛合金、镁合金、低碳钢等各焊接母材开发了增大熔深效果比较明显的活性焊剂,并且研究了活性焊剂对焊缝的表面成形和组织性能的影响.在活性剂的引入方面提出了气体输送活性剂的方式,基本实现了焊接过程的自动化和活性剂的均匀涂覆.对于活性剂增大焊缝熔深机理方面,提出了熔池表面张力改变理论、电弧收缩理论和热输入增加理论.本文总结了A?TIG焊在不同焊接母材方面、活性剂的引入方面、熔深增大机理方面的研究进展,分析了A?TIG焊研究应用方面仍存在的问题,并对A?TIG将来的研究方向进行了前景展望,以期为进一步完善A?TIG焊接方法和推动A?TIG在工业生产上的应用提供一定的借鉴.     

2219高强铝合金活性TIG焊工艺

采用单组分活性剂(AlF_3和LiF)、3组分(AlF_3+30%LiF+10%KF-AlF_3)和4组分(AlF_3+30%LiF+10%KFAlF_3+10%K_2SiF_6)混合组分活性剂进行2219高强铝合金直流正极性活性TIG焊(DCSP A-TIG),研究4种类型活性剂对焊缝表面成型、焊缝内部质量(气孔)、焊缝熔深、电弧形态、接头组织与力学性能的影响。结果表明:涂覆活性剂有助于去除2219铝合金表面的氧化膜,提高焊缝表面成型质量,涂覆4组分活性剂的DCSP A-TIG焊缝表面成型质量最佳;与变极性TIG焊(VPTIG)焊缝内部质量相比,DCSP A-TIG焊接方法可显著降低2219铝合金焊缝内部气孔的产生;AlF_3单组分活性剂可显著增大焊缝熔深,其电弧形态具有明显的拖弧现象;DCSP A-TIG焊焊缝组织具有与母材相同的组织组成物,电流对A-TIG焊缝组织影响较大,增大焊接电流,会造成接头晶粒组织粗大;涂覆4组分活性剂的DCSP A-TIG接头强度和伸长率最高,与VPTIG焊接头力学性能具有相近的技术指标。2219高强铝合金的DCSP A-TIG焊接方法具有很大的工程应用价值。     

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。     

奥氏体不锈钢A-TIG焊工艺研究

目的研究焊接参数对焊缝成形和接头宏观组织的影响。方法改变焊接电流、焊接速度、焊接电压以及活性剂中的一个参数,固定其他3个参数不变,对奥氏体不锈钢进行焊接,分析其接头宏观形貌、组织和力学性能。结果随着电流、电压的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在增加,随着焊接速度的增加,焊接接头的熔深和熔宽都在降低,在相同参数下,将不同活性剂下的A-TIG焊接头的熔深和熔宽进行比较,发现涂敷C4活性剂接头熔深最大达到4.29mm,而常规TIG焊接头熔深为1.38mm,涂敷C4活性剂的接头熔深为TIG焊的3.11倍,且熔宽也有所减小。结论 C4活性剂A-TIG最佳工艺参数为:I=175 A,U=14 V,v=80 mm/min,此时能将6 mm板材焊透,成形良好,在此工艺下焊缝等轴晶范围最大,焊缝组织最为细小。相比于TIG焊,涂敷C4活性剂接头强度系数提升4.1%。     

活性剂增加不锈钢A-TIG焊熔深机理研究

目的研究涂敷活性剂条件下1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的熔深增加机理。方法采用B1活性剂,涂敷在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面,进行A-TIG焊试验,分析活性剂对电弧形貌、阳极斑点、电弧电压和焊缝熔深的影响情况。结果涂敷活性剂后,电弧和阳极斑点都发生了收缩,电弧宽度由4.97 mm变为4.12mm,减小了17.1%,阳极斑点长轴长度由9.92 mm变为8.22 mm,短轴长度由4.75 mm变为4.35 mm,电弧电压提高了2.7 V,阳极区和弧柱区收缩,提高了弧柱电场强度;相同参数下,涂敷活性剂后熔宽缩小0.62mm,熔深增加了3.01 mm,显著增加熔深。结论阳极斑点收缩和电弧收缩是活性剂增加不锈钢A-TIG焊熔深的主要原因。     

TC4钛合金焊接工艺研究

对TCA钛合金进行A—TIG焊和TIG焊,分析不同的焊接方法和焊接工艺参数对焊后钛合金熔深、熔宽和焊缝熔池区域显微组织的影响,运用了光学显微镜等,对A—TIG焊接头的力学性能、显微组织进行了分析研究。试验结果表明,和常规TIG焊相比,在相同的焊接参数下,A—TIG焊能够有效减小熔宽,显著增加熔深;A—TIG焊能够有效减少焊缝气孔数量;对于TCA钛合金的焊接,A—T1G焊比常规TIG焊具有较明显优势。     

The mechanism of penetration increase in A-TIG welding

The mechanism of the increasing of A-TIG welding penetration is studied by using the activating flux we developed for stainless steel. The effect of flux on the flow and temperature fields of weld pool is simulated by the PHOENICS software. It shows that without flux, the fluid flow will be outward along the surface of the weld pool and then down, resulting in a flatter weld pool shape. With the flux, the oxygen, which changes the temperature dependence of surface tension grads from a negative value to a positive value, can cause significant changes on the weld penetration. Fluid flow will be inward along the surface of the weld pool toward the center and then down. This fluid flow pattern efficiently transfers heat to the weld root and produces a relatively deep and narrow weld. This change is the main cause of penetration increase. Moreover, arc construction can cause the weld width to become narrower and the penetration to become deeper, but this is not the main cause of penetration increase. The effects of flux on fluid flow of the weld pool surface and arc profiles were observed in conventional TIG welding and in A-TIG welding by using high-speed video camera. The fluid flow behavior was visualized in real-time scale by micro focused X-ray transmission video observation system. The result indicated that stronger inward fluid flow patterns leading to weld beads with narrower width and deeper penetration could be apparently identified in the case of A-TIG welding. The flux could change the direction of fluid flow in welding pool. It has a good agreement with the simulation results.     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。     

Revisiting Arc,Metal Flow Behavior in Flux Activated Tungsten Inert Gas Welding

Tungsten inert gas (TIG) welding is commonly used for quality joining of ferrous and non-ferrous materials. But lower depth of penetration is one major shortcoming of TIG and more numbers of passes are required for thick plate joining. Use of activated flux layer on workpiece remarkably enhances penetration. In the present work, arc and metal flow behavior are studied to revisit and validate the presence and role of governing forces responsible for higher penetration in flux activated TIG (ATIG) welding. Arc behavior, material flow patterns are studied during conventional and activated TIG welding for AISI 304 stainless steel using four different activated fluxes by carrying out welding (when arc is moving) as well as keeping the arc halted (stationary arc) for all cases. Results clearly demonstrate the presence of electromagnetic Lorentz force and surface tension induced reverse Marangoni flow (strongly centripetal). These forces also push the metal flow downward near the center region of the molten pool and in many occasions penetration reaches beyond plate thickness in ATIG welding.     

高铝粉煤灰活性剂影响TIG电弧行为研究

为了研究高铝粉煤灰作为活性剂对钨极氩弧焊电弧特性的影响规律,继而明确复合成分活性剂调控焊接电弧增加焊缝熔深的机制。基于自行开发的数据采集平台,进行了实时焊接电流、电压、焊接热循环的数据采集;基于霍尔传感器测量了电弧电流密度及其作用半径;用自制的电弧力测量装置,研究了工件表面涂覆活性剂对电弧综合作用力的影响。实验结果说明,涂覆在工件表面的活性剂在高能的等离子弧的作用下将形成复杂气氛,复杂的气氛导致焊接过程中的电弧动态特性及其电弧力产生改变,继而影响焊缝的形貌。     

Influence of gravity state upon bubble flow in the deep penetration molten pool of vacuum electron beam welding

The governing equations of two-dimensional bubble flow model for gas–liquid two-phase system in deep penetration molten pool of vacuum electron beam welding were developed according to the laws of mass and momentum conservation. The separation models of gas and liquid convections in bubble flow were formed by regarding the gas phase in molten pool as a particle phase, and the vacuolar fraction, velocity slip, pressure gradient and other factors were introduced into the models. The influences of the gravity state upon the convection of bubble flow and the distribution of cavity-type defects in molten pool of AZ91D magnesium alloy were studied by the method of numerical simulation based on the mathematical models. The results showed that the gravity is an important factor to drive the convection of the bubble flow in the deep penetration molten pool during vacuum electron beam welding. The gravity has an impact on the gas distribution in molten pool, thus affects the distribution of cavity-type defects in weld. Because of the gravity contributing to driving the convection of bubble flow, it is conducive to the escape of gas phase in molten pool and reducing the air rate. A larger convection velocity of gas phase is helpful to the escape of gas phase, thus reduce the tendency of cavity-type defects.     

等离子+缆式焊丝脉冲GMAW复合焊熔池流体行为研究

目的 研究等离子+缆式焊丝脉冲GMAW复合焊过程的熔池流体行为.方法 综合考虑传热学以及流体动力学,建立Fluent数值分析模型.使用双椭球–锥体热源模型代表等离子弧焊传热模型,用双椭球热源表征GMAW电弧传热并考虑熔滴传热,同时考虑熔池受到的电磁力、浮力、表面张力、等离子流力等作用力.基于Fluent软件,对复合焊过...     

焊接参数对TC4薄板焊接过程的影响

目的 揭示焊接参数对TC4薄板焊接过程中温度场、位移场及应力场的影响规律。方法 基于有限元(FEM)模拟方法,运用Fortran语言对焊接热源及焊接参数进行定义,以模拟不同焊接参数下TC4薄板的TIG对接焊过程。结果 在稳弧阶段,温度场为一组以焊接方向为长轴的椭圆,且存在温度梯度,随着焊接速度的增大,温度场峰值、温度场温度梯度、熔池宽度和熔池体积逐渐减小,而焊接效率和焊接电流对温度场的影响与焊接速度刚好相反;随着焊接速度的增大,薄板最大变形量逐渐减小,焊接角变形及挠度变形逐渐得到改善,而焊接效率和焊接电流对位移场的影响与焊接速度刚好相反。在稳弧阶段,焊缝位置的残余应力为拉应力,两侧为压应力,随着焊接速度和焊接电流的增大,纵向残余拉应力逐渐增大,焊缝处高应力集中区的宽度逐渐减小,而焊接效率对应力场的影响与焊接速度刚好相反。在高焊接速度、中等焊接效率、低焊接电流参数条件下,可获得熔池体积小及熔池宽度窄的焊缝,有利于减小焊后残余应力与变形。结论 上述研究结果可为TC4薄板的焊接过程提供一定的理论指导。