鈦(tai)合金(jin)材(cai)料以其優(you)良的(de)機(ji)械性(xing)(xing)(xing)能(neng)、耐腐蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)以及密度小等優(you)點越來越廣(guang)泛地應(ying)用于航(hang)空(kong)、航(hang)天、石油、化工及艦船等行業(ye)。鎢(wu)極氬弧焊是上述(shu)各行業(ye)中大(da)(da)(da)量(liang)應(ying)用的(de)鈦(tai)合金(jin)焊接(jie)(jie)(jie)結(jie)構(gou)最常使用的(de)焊接(jie)(jie)(jie)方法(fa)之一。該方法(fa)具有(you)工藝裕度大(da)(da)(da)、工藝適(shi)應(ying)性(xing)(xing)(xing)強、焊縫質量(liang)優(you)良等特(te)點，但也存在(zai)電弧能(neng)量(liang)密度較(jiao)(jiao)低、穿透(tou)能(neng)力(li)(li)較(jiao)(jiao)差、焊接(jie)(jie)(jie)時的(de)熱(re)(re)輸入(ru)較(jiao)(jiao)大(da)(da)(da)、對材(cai)料的(de)熱(re)(re)損傷大(da)(da)(da)、焊接(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)(li)變形較(jiao)(jiao)大(da)(da)(da)等不(bu)足;特(te)別是在(zai)鈦(tai)合金(jin)焊接(jie)(jie)(jie)時，易產生(sheng)氣孔等缺(que)陷，直接(jie)(jie)(jie)影響焊接(jie)(jie)(jie)構(gou)件(jian)的(de)使用性(xing)(xing)(xing)能(neng)。

目前，新(xin)型飛機的(de)(de)(de)研制(zhi)對鈦合金焊(han)接結構(gou)件的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)越來(lai)(lai)越高，急需開發(fa)新(xin)型、優(you)質、高效的(de)(de)(de)焊(han)接方法(fa)，以滿足先(xian)(xian)進(jin)航空發(fa)動機、飛機的(de)(de)(de)高效率、高性能(neng)及高可靠性的(de)(de)(de)結構(gou)設(she)計對先(xian)(xian)進(jin)制(zhi)造技術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)長壽(shou)命、低成本的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)。活性焊(han)劑鎢極氬弧(hu)焊(han)(A-TIG)技術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)就是(shi)適應(ying)這一要(yao)求(qiu)而發(fa)展起來(lai)(lai)的(de)(de)(de)。該(gai)技術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)不僅能(neng)解(jie)決上述常規TIG焊(han)接存在的(de)(de)(de)技術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)不足，而且(qie)在相(xiang)同的(de)(de)(de)工藝條件下(xia)，能(neng)提高構(gou)件的(de)(de)(de)焊(han)接質量和使用壽(shou)命[1-3]，為(wei)鎢極氬弧(hu)焊(han)技術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)開拓新(xin)的(de)(de)(de)應(ying)用前景。

鈦(tai)合金A-TIG焊接技及特點

A-TIG焊(han)接技術是(shi)焊(han)接前(qian)在(zai)待焊(han)接工(gong)件上表面涂一層(ceng)活性焊(han)劑，然后沿焊(han)劑層(ceng)進行TIG焊(han)的工(gong)藝(yi)方法。與常規(gui)TIG焊(han)接工(gong)藝(yi)相比，鈦合(he)金A-TIG焊(han)接電(dian)弧的穿透能力(li)(li)顯著增強，熱輸入量、焊(han)接變形及應力(li)(li)減小(xiao)。在(zai)焊(han)接相同規(gui)格的產品(pin)構件時，在(zai)相同的焊(han)接電(dian)流條件下，可(ke)以實現不(bu)開坡(po)口(kou)單(dan)道焊(han)接或(huo)使堆焊(han)層(ceng)數明(ming)顯減少，從而提高焊(han)接生產率和產品(pin)質量，成倍降低成本。

另外，活性焊(han)劑(ji)能(neng)夠(gou)大大減(jian)少(shao)氬(ya)弧焊(han)過程中產生的(de)焊(han)縫氣孔缺陷，從(cong)而直接改善焊(han)接接頭及(ji)焊(han)接結(jie)構的(de)疲勞性能(neng)。試驗表明，TC4鈦(tai)合金A-TIG焊(han)對(dui)接接頭的(de)疲勞極(ji)限(xian)比常規TIG焊(han)提高16%，可達到母(mu)材的(de)90%。目前鈦(tai)合金活性焊(han)劑(ji)氬(ya)弧焊(han)技術已經(jing)發展成(cheng)為一種為保證武(wu)器裝備提高質量、提高加工(gong)效率(lv)和降低成(cheng)本的(de)新型先進連接制造(zao)技術。

鈦合(he)金A-TIG焊接技術的基本原理(li)

第(di)一，薄膜的存在限制了電弧的導通截(jie)面，從而使電弧收縮;

第二、其次，由(you)于焊(han)接前鈦(tai)合(he)金材料表面覆蓋活(huo)性(xing)焊(han)劑(ji)(ji)層，在電(dian)(dian)弧導通過程中，只有電(dian)(dian)弧熱(re)先將活(huo)性(xing)焊(han)劑(ji)(ji)和鈦(tai)金屬熔融(rong)，并實現液態鈦(tai)把焊(han)劑(ji)(ji)薄膜的(de)(de)成(cheng)功擠走(zou)，才能實現電(dian)(dian)弧的(de)(de)成(cheng)功導通和穩定燃(ran)燒(shao)。由(you)于熔融(rong)的(de)(de)活(huo)性(xing)焊(han)劑(ji)(ji)與液態鈦(tai)之間有較好的(de)(de)浸潤性(xing)，因此，焊(han)劑(ji)(ji)薄膜又(you)不(bu)容(rong)易被擠走(zou)。其被擠走(zou)的(de)(de)越(yue)少，焊(han)縫也就(jiu)越(yue)窄(zhai)，電(dian)(dian)弧的(de)(de)熱(re)流(liu)量也就(jiu)越(yue)集中，熔透的(de)(de)深度(du)越(yue)深;

第三，A-TIG焊(han)接時，活性(xing)焊(han)劑分子(zi)蒸汽進入電弧氣氛，增(zeng)加了弧柱中等離子(zi)的導熱性(xing)，從而(er)使電弧收縮;

第四，電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)熱使活性焊劑(ji)分解電(dian)(dian)(dian)離并進入到電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)外圍(wei)空(kong)間(jian)，焊劑(ji)離子(zi)(zi)捕獲電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)外圍(wei)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)形成負離子(zi)(zi)，降低了弧(hu)(hu)柱(zhu)外圍(wei)空(kong)間(jian)的電(dian)(dian)(dian)壓，從而(er)使電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)收縮(suo)。正是由于上(shang)述(shu)幾個方面(mian)的協同作(zuo)用，使A-TIG焊接(jie)過程中焊接(jie)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)(hu)發生明(ming)顯(xian)收縮(suo)，弧(hu)(hu)柱(zhu)電(dian)(dian)(dian)流密度(du)增加(jia)，致(zhi)使焊接(jie)熔深增加(jia)。

國外(wai)技(ji)術發(fa)展(zhan)現狀(zhuang)

活(huo)性焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)最先是由(you)烏克蘭(lan)巴(ba)頓焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)研(yan)(yan)究所(suo)于(yu)60年(nian)代研(yan)(yan)制(zhi)(zhi)出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)。其(qi)(qi)(qi)最初的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)制(zhi)(zhi)目(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)是為了(le)通過(guo)(guo)在焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫區添(tian)(tian)加鹵(lu)化物以改善(shan)鈦(tai)合(he)(he)金TIG焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)時焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫中的(de)(de)(de)(de)(de)氣孔問(wen)題。試驗結果表明，添(tian)(tian)加的(de)(de)(de)(de)(de)鹵(lu)化物在抑(yi)制(zhi)(zhi)鈦(tai)合(he)(he)金焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫氣孔的(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時，還影(ying)響了(le)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)(de)(de)成形(xing)：在其(qi)(qi)(qi)他條件(jian)等同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)情況下，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫熔(rong)(rong)深(h)增加，熔(rong)(rong)寬(b)減小(xiao)(xiao)，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫形(xing)狀系(xi)(xi)數(ψ=b/h)也相(xiang)應減小(xiao)(xiao)。此(ci)外，焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時熱(re)輸入(q/V)也相(xiang)應降低(di)。鑒(jian)于(yu)添(tian)(tian)加鹵(lu)化物所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)一系(xi)(xi)列(lie)積(ji)極效(xiao)果，巴(ba)頓所(suo)于(yu)1964年(nian)開發(fa)了(le)第一種多元活(huo)性焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)產(chan)品——AHT-9A，用(yong)(yong)于(yu)鈦(tai)合(he)(he)金焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)。目(mu)(mu)前，其(qi)(qi)(qi)A-TIG焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)工(gong)藝已(yi)通過(guo)(guo)試驗確認(ren)，并用(yong)(yong)于(yu)俄羅斯航空、航天(tian)、化工(gong)、壓(ya)力(li)容器、電(dian)(dian)力(li)設備、核電(dian)(dian)設施等領域。美國(guo)在氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)用(yong)(yong)活(huo)性焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究方面比烏克蘭(lan)相(xiang)對落后(hou)。但(dan)目(mu)(mu)前美國(guo)已(yi)利(li)用(yong)(yong)開發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼與碳鋼氬(ya)弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)用(yong)(yong)活(huo)性焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)進行雙體船(chuan)(chuan)殼體、油輪、核反應容器、壓(ya)力(li)容器等的(de)(de)(de)(de)(de)建造;海軍方面正使用(yong)(yong)該焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)劑(ji)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)艦船(chuan)(chuan)及潛艇用(yong)(yong)管道系(xi)(xi)統和(he)某些零部件(jian)。