铝合金分区活性TIG焊接法研究

针对铝合金材料,提出了一种新型活性焊接方法--FZ-TIG焊(Flux Zoned TIG Welding).在传统TIG焊接前,在待焊焊道表面中心区域涂敷低熔沸点低电阻率活性剂,在两侧区域分别涂敷高熔沸点高电阻率活性剂,然后进行正常焊接,可以同时保证焊接熔深显著增加和焊缝表面成形良好.以自行研制的FZ108活性剂进行了FZ-TIG焊,并与传统TIG焊、采用FZ108作为活性剂的A-TIG焊、采用SiO2作为活性剂的FB-TIG焊进行了对比.发现在相同参数下,采用FZ-TIG焊进行焊接,焊缝熔深明显大于传统TIG焊、A-TIG焊和FB-TIG焊,达到TIG焊熔深的3倍以上,并且焊缝成形良好,焊缝组织细化,力学性能改善.     

SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理

采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Activating flux TIG)焊时,SiO2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究.进行正散焦真空电子束焊试验,SiO2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现SiO2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现SiO2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中SiO2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部.认为电弧极性区收缩和热输入增加是SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理.     

非铁金属的焊接

20084227SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理/黄勇…//焊接学报.-2008,29(1):45~49采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Ac-tivating flux TIG)焊时,Si O2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究。进行正散焦真空电子束焊试验,Si O2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现Si O2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现Si O2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中Si O2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部。认为电弧极性区收缩和热输入增加是Si O2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理。图9参1020084228高强铝合金焊接接头无析出物区的形成机理/田志凌…//金属学报.-2008,44(1):91~97采用电弧焊对20mm厚的2519-T87高强铝合金进行表面堆焊,观察了部分熔化区出现的无析出物区(PFZ)的组织特征,并对该区域的形成机理进行...     

非铁金属的焊接

20084227SiO2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的机理/黄勇…//焊接学报.-2008,29(1):45~49采用单组元活性剂进行铝合金交流A-TIG(Ac-tivating flux TIG)焊时,Si O2增加熔深最明显,对其增加熔深的机理进行了研究。进行正散焦真空电子束焊试验,Si O2对焊缝成形几乎没有影响;进行系列直流正接A-TIG焊试验,研究了活性剂对电弧的影响,发现Si O2使得氧化膜厚度增加,电弧极性区收缩,弧柱区扩展,电弧电压升高;进行氦气保护交流A-TIG焊试验,发现Si O2使活性剂或金属蒸发的区域变窄且蒸发量变小,熔池表面凹陷,并且在焊接过程中Si O2涂层始终存在于熔池表面,只在熔池凹陷中央区域出现很窄的裂缝,蒸气主要集中在电弧中下部。认为电弧极性区收缩和热输入增加是Si O2增加铝合金交流A-TIG焊熔深的主要机理。图9参1020084228高强铝合金焊接接头无析出物区的形成机理/田志凌…//金属学报.-2008,44(1):91~97采用电弧焊对20mm厚的2519-T87高强铝合金进行表面堆焊,观察了部分熔化区出现的无析出物区(PFZ)的组织特征,并对该区域的形成机理进行...     

单组分活性剂对铝合金A-TIG焊焊缝的影响

针对6 mm的6061铝合金试板,选用SiO2,TiO2,Cr2O3,CaF2,BaCl2共5种单一成分活性剂进行铝合金交流A-TIG焊工艺试验,研究活性剂对A-TIG焊焊缝表面成形及宏观形貌的影响,并结合焊接过程电弧形态变化,分析熔深增加机理.结果表明,5种单一成分活性剂均可改善焊缝熔深,其中SiO2增加焊缝熔深效果最好,CaF2效果不明显;涂覆SiO2时表面成形比涂覆其它活性剂时差,其中TiO2表面成形最好;电弧进入活性剂区时无明显收缩,认为熔深增加是活性剂的引入导致导电通道电阻变化引起的电弧热输入增加的结果.     

考虑自由表面的定点A-TIG焊数值分析

根据流体力学基本原理,并用VOF方法追踪自由表面,建立了更接近实际情况的三维定点A-TIG焊熔池数学模型,综合考虑了熔池液态金属所受的浮力、电磁力、电弧压力和表面张力,同时考虑了熔池内液态金属的对流、辐射和热传导,运用FLOW-3D软件求解得到了定点A-TIG焊熔池自由表面、温度场及流场,并重点分析了有、无活性剂时熔池自由表面的变化情况. 结果表明,不使用活性剂时,熔池自由表面呈中心下凹、两边凸起的形状;使用活性剂时,表面张力温度系数由负变正,使熔池自由表面呈中心凸起、两边下凹的形状;在焊接电流I≤150 A的条件下,有、无活性剂时考虑自由表面变形情况下温度场、流场及熔池形貌的数值模拟结果与试验结果和不考虑自由表面变形时现有的数值模拟结果基本一致.     

表面活性剂对铝合金直流反接A-TIG焊熔深的影响

分别以TiO2，SiO2，V2O5，CaF2和NaF作为试验用表面活性剂，研究了表面活性剂对铝合金直流反接A-TIG焊熔深的影响，初步分析了表面活性剂增加铝合金A-TIG焊熔深的机理。试验发现，这些活性剂都能不同程度地增加熔深，TiO2增加熔深的效果不明显．而SiO2可使熔深达到传统TIG焊熔深的3．5倍，并且使电弧电压显著增加。研究认为，除SiO2外，其它活性剂增加熔深的主要因素均不是热输入。     

活性剂消减钛合金焊接气孔的试验研究

活性剂TIG焊接(A-TIG焊)是一种在焊件表面涂敷一层活性化物质的新兴TIG焊接方法。本文主要针对钛合金TC4材料进行了A-TIG焊消除气孔效果的研究。结果表明,所选用的四种活性剂对于消减钛合金焊接气孔都是有效的,消减效果从好到差依次为:NaF!CaF2!YF3!MgF2。四种活性剂都能降低电弧中氢的分压,减少熔池中氢的来源。但是活性剂消除气孔主要是冶金作用生成HF的结果。     

金属单质活性剂对镁合金A-TIG焊的影响

以4种金属单质镉、锌、钛和铬作为镁合金A-TIG焊的活性剂,分析了不同金属单质对焊缝形貌、电弧形态及电弧电压的影响.结果表明,与常规TIG焊相比,镉和锌活性剂均增加焊接熔深,钛活性剂对焊接熔深不起作用,铬活性剂反而减少焊接熔深;涂敷镉和锌时,焊接过程中电弧形态收缩,电弧电压增加;涂敷钛和铬对电弧形态和电弧电压基本没有影...     

活性剂对镁合金直流正接A-TIG焊熔深的影响

分别以单质Te,Ti和Si,氧化物SiO2,TiO2和V2O5,卤化物MnCl2,CdCl2和ZnF2作为表面活性剂进行了镁合金直流正接A-TIG焊,研究了活性剂对焊缝熔深的影响规律.Te能显著增加熔深熔宽,分别达到传统TIG焊的2.5倍和1.4倍,而Ti和Si对熔深熔宽影响较小;V2O5和SiO2都使得熔深熔宽同时增加,其中SiO2增加熔深熔宽效果最明显,分别达到传统TIG焊的2.0倍和1.6倍,而TiO2对熔深熔宽影响较小;ZnF2,CdCl2和MnCl2都使熔深熔宽显著增加,其中ZnF2的熔深熔宽增加最明显,分别达到传统TIG焊的4.0倍和1.6倍.认为活性剂增加镁合金直流正接A-TIG焊熔深主要与活性剂收缩电弧所导致的热输入增加有关.     

Alternative current flux zoned tungsten inert gas welding process for aluminium alloys

Abstract

A new variant of activating flux tungsten inert gas (TIG) welding process called flux zoned TIG (FZ-TIG) welding is proposed to weld aluminium alloys based on the mechanism of activating flux constricting welding arc. This process can not only increase weld penetration but also obtain perfect weld surface appearance simultaneously. An alternative current FZ-TIG welding is made using SiO₂ as the side region material and flux FZ108 developed by the authors with uniform design method as the central region coat material. The weld penetration can reach above three times that of the conventional alternative current TIG welding. All the weld shape, weld microstructure and weld mechanical properties are fine. Except for argon shielding gas flowrate, other welding parameters, including welding current, welding speed, central coat width, central coat content and solvent, have great effect on the weld penetration of alternative current FZ-TIG welding for aluminium alloys.     

铝合金A-TIG焊电弧光谱分析

选用SiO2,TiO2,Cr2O3,CaF2,BaCl2共五种单组元活性剂以及由此五种单组元混合而成的YG304复合活性剂进行铝合金交流A-TIG焊工艺试验,并利用光谱仪检测焊接过程中的光谱,分析活性剂元素在电弧光谱中的分布规律.结果表明,五种单组分活性剂对焊缝熔深影响不同,且YG304混合活性剂增加焊缝熔深效果最好;电弧主要以Ar元素和Al元素谱线为主,不同活性剂的光谱频域分布差异显著;认为熔深增加的原因可能在于活性剂中各阳离子Si4+,Ti4+,Cr3+及Ba2+与氩电弧中电子复合,从而增大电弧温度和电弧力并最终增加熔深,并且由于各阳离子物理性能不一样而使增加效果不同.     

Investigation into arc constriction by active fluxes for tungsten inert gas welding

Abstract

Mechanisms by which active fluxes increase the penetration of conventional tungsten inert gas (TIG) welds (so called A-TIG welds) are reviewed. The most dominant mechanism for increased penetration is considered to be arc constriction rather than a change in the surface tension of the molten pool. An experimental programme of work was carried out using A-TIG flux in combination with a number of welding processes. The plasma process was investigated as it gives greater penetration than conventional TIG welding by increasing current density. The CO₂ laser and electron beam processes which do not rely on a current carrying arc as the heat source for welding were also investigated. Macrosections taken from the welds made by these processes showed that the A-TIG flux was only effective when the weld pool was produced by an arc or plasma. Where there was no arc or plasma present, the flux had little effect.     

金属氯化物A-TIG焊熔深作用机理

以KCl,MnCl2和ZnCl2三种金属氯化物为活性剂,在镁合金、铝合金及Q235钢表面进行交流A-TIG堆焊试验,从元素第一电离能的角度,研究了这三种活性剂对不同材料焊接熔深的影响规律,探讨了金属氯化物影响熔深的作用机理.结果表明,A-TIG焊过程中,氯化物中的金属元素能够进入电弧导电空间,并影响电弧状态,焊接熔深与活性剂中金属元素的第一电离能密切相关.金属氯化物对不同材料熔深的影响规律相同,均随着活性剂中金属元素第一电离能的增加呈现先增加后降低的趋势.     

铝合金气体输送活性钨极氩弧焊方法

针对铝合金,提出了一种气体输送活性钨极氩弧焊,即GTFA-TIG焊(gas transfer flux activating TIG welding).该方法改变了活性元素的引入方式,通过自动送粉装置将活性剂输送到保护气体中,由保护气体将其引入电弧-熔池系统进行施焊,使得电弧收缩,熔池金属流态改变,熔深增加,同时省却了涂覆活性剂工序,实现了焊接过程自动化.进行了普通交流TIG焊和8种单组元活性剂的GTFA-TIG表面熔焊,分析了不同活性剂对焊缝成形、拉伸性能以及缺陷的影响.结果表明,大多数卤化物和氧化物活性剂都能使熔深增加到传统TIG焊的2.5~3倍以上,单质碲增加熔深效果较差.采用V₂O₅的焊缝抗拉强度接近母材金属,而采用MnCl₂和AlF₃的焊缝有一定程度降低.焊缝X射线探伤结果表明,采用V₂O₅,MnCl₂和AlF₃的焊缝评片结果均为Ⅰ级,而采用碲的焊缝为Ⅲ级.