氟化物活性TIG焊电弧特征的光谱分析

氟化物作为最为常见的A-TIG焊活性剂配方之一,在实际焊接生产中已得到了广泛的应用,然而其对电弧行为的影响机制目前仍存在争议. 为此,利用光谱诊断方法对涂覆氟化物活性剂的A-TIG焊电弧空域光谱分布进行了研究,分析了活性剂粒子、氩、铁粒子在电弧空域中的分布特征,并结合Boltzmann图法计算了电弧电子温度. 结果表明,氟化物活性剂粒子主要分布于弧柱中心区域;氟化物的引入能够使电弧中ArⅡ谱线辐射强度降低同时增强FeⅡ谱线辐射强度;氟化物对不同电弧空间区域的电子温度作用并不一致,其中使阳极区附近电弧温度大幅提升但对其它区域电弧温度的影响很小.     

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.     

铸造镁合金ZM5的A-TIG多层补焊工艺与性能研究

采用了活性钨极氩弧焊(A-TIG)对铸造镁合金ZM5的中厚板进行多层补焊。研究了多层补焊时TIG,A-TIG焊接方法对铸件焊缝熔深和性能的影响规律。研究表明,采用TIG焊与A-TIG焊对不同坡口深度多层补焊,在相同的焊接参数条件下,A-TIG补焊深度明显高于TIG焊,且焊缝中无焊接裂纹缺陷;当补焊相同的熔深时,TIG焊焊接电流远大于A-TIG焊的,同时出现热影响区(HAZ)组织恶化、焊接裂纹缺陷、合金元素烧损。分析表明,A-TIG补焊工艺性能优于TIG补焊工艺性能,主要是由于活性剂与电弧、熔池的相互作用所致。     

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.     

MnCl2引入对粉末熔池耦合活性TIG焊交流电弧的影响

粉末熔池耦合活性TIG焊接法是一种新型高效焊接方法,通过选择对应的活性剂粉末,可实现几乎所有金属的焊接.针对采用MnCl2作为活性剂的交流粉末熔池耦合活性TIG焊电弧,采集等离子体光谱,利用Boltzmann作图法分析了电弧等离子体温度随时间的变化规律,并结合电弧电压变化规律,通过与传统交流TIG电弧对比研究MnCl2对交流电弧的影响.结果表明,对于交流TIG电弧,EN时段的电弧光谱强度高于EP时段,EN时段的电弧电压小于EP时段,EN时段的电弧温度低于EP时段.而由于活性剂MnCl2的引入,交流粉末熔池耦合活性TIG电弧的中心温度与EN时段和EP时段的电弧电压均高于传统交流TIG电弧,焊缝熔深较传统交流TIG焊显著增加.     

活性元素氧对AA-TIG焊熔池传输行为影响的数值模拟

电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,AA-TIG焊),采用辅助电弧以Ar+O₂作为保护气体预熔待焊母材表面以形成氧化层,再进行常规TIG焊,可使熔深明显增加.文中结合AA-TIG焊熔池氧元素分布的实验研究,提出焊接熔池表面氧元素的两种不均匀分布模式,考虑浮力、电磁力和表面张力,建立了更完善的电弧辅助活性TIG焊熔池模型,模拟研究氧元素在熔池表面呈不均匀分布时,AA-TIG焊瞬态熔池中动量及能量的传输行为.假设熔池内部液态金属是湍流、不可压缩Newton流体,使用FLUENT RNG k-ε湍流模型进行处理.结果表明,当氧在熔池上表面呈非均匀分布,并且氧的不均匀分布模型为低氧模型时,熔池内部仍然以内对流流动为主.     

基于光谱诊断的氩氮TIG焊电弧物理特性分析

混合气体保护焊能够提高焊接质量及生产效率，由于混合气体保护焊电弧成分复杂多变，对其物理性能等的研究具有一定的难度. 文中以氩氮混合气体钨极惰性气体保护焊（TIG焊）电弧为研究对象，采用双电荷耦合元件（CCD）电弧光谱图像采集试验系统，获取氩氮混合气体TIG焊电弧Ar I及N I的特征谱图像的动态分布；结合双元素双组分标准温度法对不同浓度（50%Ar + 50%N₂，80%Ar + 20%N₂及100%Ar）的氩氮电弧进行光谱诊断. 结果表明，电弧半径最高收缩50%左右，温度最高升高12%. 通过对氩氮电弧物理性能的定量分析为研究混合气体保护焊焊缝成形的本质奠定了理论基础.     

基于示踪粒子的摆动TIG填丝焊熔池行为数值分析

为了使TIG焊熔池液态金属分布更加均匀,在普通TIG填丝焊的基础上,研究焊枪摆动对熔池行为的影响.建立了焊枪摆动的TIG填丝焊的数学模型,并利用示踪粒子的方法,对比普通TIG填丝焊和摆动TIG填丝焊的熔池温度场、流场及熔滴质量分布.结果表明,普通TIG填丝焊与摆动TIG填丝焊熔池轮廓基本一样,但摆动TIG焊通过摆动电弧,导致熔池内流场行为发生了改变,进而影响了温度场的分布,使熔池内温度分布更加均匀;示踪粒子分布表明,在TIG填丝焊中,摆动TIG填丝焊能够使熔滴金属更加均匀的分布在熔池中.     

镁合金活性焊与活性焊丝焊接电弧光谱对比分析

以TiO_2和CaCl_2为活性剂,研究了传统活性焊以及活性焊丝焊接中熔深的增加作用,并分析了焊接过程中的电弧光谱行为。结果表明,采用传统活性焊方法以及活性焊丝焊方法均可以显著增加镁合金TIG焊的熔深,不同种类的活性剂增加熔深的效果不同,并且活性剂所处的位置不同,其增加熔深的效果也不相同。当使用TiO_2活性剂时,不管是涂敷在母材表面,还是涂敷在焊丝表面,均没有观察到其一次离子的谱线。而在活性焊丝焊接电弧中,观察到了Ca元素的一次离子的谱线,说明CaCl_2活性剂主要通过影响焊接电弧来增加焊接熔深,而TiO_2,活性剂增加焊接熔深的机理主要是影响熔池行为,对焊接电弧作用较小。     

氮氧元素联合过渡对气体熔池耦合活性TIG焊电弧的影响

针对外层引入氮氧混合气体的气体熔池耦合活性TIG焊电弧,采用Boltzmann作图法分析在不同耦合度下电弧等离子体的温度分布和电弧电压的变化规律,并与传统TIG焊及外层只引入氧气的气体熔池耦合活性TIG焊进行比较. 结果表明,氮氧联合过渡时气体熔池耦合活性TIG焊电弧的中心区域温度和电弧电压均高于传统TIG焊与外层只引入氧气时的气体熔池耦合活性TIG焊的数值;当耦合度由0变为+2时,电弧中心区域温度与电弧电压均略有升高.     

铝合金活性TIG焊熔池表面化学反应分析

针对铝合金交流A-TIG焊、FB-TIG焊和FZ-TIG焊,研究活性剂与熔池表面金属或表面氧化膜之间的化学反应,对于确定这些焊接方法的可行性和指导活性剂配方开发具有重要意义.通过焊缝表面焊渣XRD分析,并采用物质吉布斯自由能函数法进行反应热力学计算分析了熔池表面发生的化学反应.发现采用FZ108+SiO2的FZ-TIG焊发生了活性剂FZ108与熔池金属之间的吸热反应,能起到收缩电弧增加熔深的作用;对于采用FZ108的A-TIG焊,反应所吸收或放出的热量少,对收缩电弧的作用也很小;对于采用SiO2的FB-TIG焊,未发生活性剂与熔池金属和表面氧化膜之间的化学反应,不会通过该反应过程影响电弧.     

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。     

A-TIG焊熔池流体流动形态的测试

为了验证A-TIG焊时的熔池流场计算结果,利用自行研制的活性剂FS12对不锈钢A-TIG焊时熔池流体流动变化进行了测试.利用高熔点双薄钨板挡住熔池流体流动的方法试验,对比焊缝中钨板周围钨颗粒的分布,从而对流体流动的方向进行试验验证.试验结果表明:无活性剂时钨颗粒在焊缝中心浓度比较小,而在焊缝边缘浓度比较大,钨板外侧浓度最大.证实了熔池流体流动是从中心流向边缘.有活性剂时的钨颗粒在焊缝边缘浓度比较小,焊缝中心的浓度比较大,而熔池底部浓度最大.证实了熔池流体流动是从边缘流向中心.通过以上试验说明,活性剂的加入改变了熔池流体流动的方向,使用活性剂FS12后强烈的熔池流体向内对流是A-TIG焊时熔深增加的根本原因.     

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.     

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.     

2219铝合金直流正极性A-TIG焊接技术

提出了一种用于2219铝合金焊接的新方法,焊前在待焊表面预先涂敷一层除气去膜活性剂,实现了2219铝合金的直流正极性焊接. 研究不同的活性剂浓度对2219铝合金直流正极性活性TIG焊(A-TIG)焊缝表面成形、气孔缺陷、微观组织以及力学性能的影响. 结果表明,当活性剂浓度为10%时可以获得无气孔缺陷、表面成形和力学性能良好的2219铝合金直流A-TIG焊缝. 与变极性TIG焊相比,焊接过程电弧稳定性好,热输入小,焊缝质量优异.     

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...