鋁合金活性TIG焊接法及其熔深增加機(jī)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(yīng)用前景，引起了人們的廣泛關(guān)注。本論文通過(guò)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(jìn)行了活性焊接法及其熔深增加機(jī)理研究，這對(duì)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(shí)意義。尤其活性劑增加熔深機(jī)理的研究，對(duì)于開(kāi)發(fā)活性劑和制定焊接工藝，具有指導(dǎo)意義，對(duì)于加深人們對(duì)活性劑材料影響。TIG焊電弧一熔池耦合系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，具有重要的理論意義。

2、 針對(duì)鋁合金材料，通過(guò)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(diǎn)低電阻率活性劑，在兩側(cè)區(qū)域分別涂敷高熔沸點(diǎn)高電阻率的絕緣層，然后進(jìn)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(shè)計(jì)法開(kāi)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(dāng)以FZ108+SiO2作為活性劑進(jìn)行鋁合金交流FZ-TIG焊時(shí)，焊縫熔深達(dá)到傳統(tǒng)交流TIG焊的3.3倍，焊縫成形良好，焊縫組織細(xì)化，焊縫力學(xué)性能良好。 將鋁合金直流正接TIG焊與活性焊接法結(jié)合起來(lái)，提出采用直流正接活性TIG焊進(jìn)行鋁合金焊接不但能打開(kāi)焊縫表面氧化膜，而且能增加焊縫熔深。開(kāi)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(dāng)以FZ109+Si

4、O2作為活性劑進(jìn)行鋁合金直流正接FZ-TIG焊時(shí)，焊縫熔深顯著增加，達(dá)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(guò)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(jī)理，提出電弧收縮是其增加熔深的主要機(jī)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(dǎo)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(jī)理的重要原因。根據(jù)活性劑種類(lèi)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(diǎn)離散收縮而弧柱發(fā)散。而活性劑收縮方式不同主要是因?yàn)榛钚詣┪锘匦圆煌瑢?duì)活性劑在電弧中所經(jīng)歷的物理過(guò)程的影響不同，其中主要的物化特性包括活性劑的熔沸點(diǎn)、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(duì)采

6、用AF305活性劑進(jìn)行交流A-TIG焊時(shí)的電弧斑點(diǎn)離散收縮方式，建立了移動(dòng)熱源作用下的交流A-TIG焊熔池的三維物理數(shù)學(xué)模型，采用PHOENICS軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究了活性劑增加熔深的機(jī)理。模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。當(dāng)電弧斑點(diǎn)離散收縮時(shí)，斑點(diǎn)面積顯著減小，使熔池表面由負(fù)的表面張力溫度梯度驅(qū)動(dòng)的向外流動(dòng)的Marangoni環(huán)流和熔池內(nèi)部由電磁力驅(qū)動(dòng)的向內(nèi)環(huán)流都增強(qiáng)。但由于電弧斑點(diǎn)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