活性焊接ppt課件

1、活性焊接技術(shù),1,1.A-TIG焊的研究背景,常規(guī)TIG可用來(lái)焊接金屬薄板, 可形成高質(zhì)量、有良好背面成形的焊道；用于焊接有色金屬、不銹鋼、超高強(qiáng)度鋼等金屬。但是常規(guī)的TIG單道熔深淺、成本高、效率低、從而限制了TIG的應(yīng)用范圍。 從20世紀(jì)60年代開(kāi)始出現(xiàn)了活性化TIG(A-TIG)；20世紀(jì)90 年代，活性劑在焊接碳錳鋼、低合金鋼方面獲得巨大成功，并最終發(fā)展成 A-TIG焊接技術(shù)。,2,Actived flux weld,A-TIG焊最早是由烏克蘭的Paton焊接研究所（Paton Electric Welding Institute）在60年代研制出來(lái)的。 A-TIG焊接法是在焊前將母材

2、表面涂覆上一層活性劑，在相同的焊接規(guī)范下，同常規(guī)TIG焊相比，可以大幅度地提高焊縫熔深，最大可達(dá)300%。 除了TIG焊，活性焊接法在等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）、激光焊（LBW）中的應(yīng)用也有人進(jìn)行研究。 PAW：TIG焊活性劑應(yīng)用于PAW焊中發(fā)現(xiàn)1）可以提高小孔等離子弧焊的焊接速度，2）焊縫橫斷面的形貌。3）改善焊縫成。 對(duì)于活性焊，所研究的被焊材料主要有不銹鋼、低碳鋼、碳鋼、鎳基合金、鈦合金、鋁合金、鎂合金。,活性焊： 活性焊定義：在施焊板材的表面涂上一層很薄的活性劑，引起焊接電弧收 縮或熔池流態(tài)發(fā)生變化，使熔深增加。 活性焊原理：“電弧收縮”理論； “表面張力”變化； “陽(yáng)極

3、斑點(diǎn)”機(jī)理；,3,傳統(tǒng)TIG焊接技術(shù),薄板焊接 高質(zhì)量焊道 有色金屬 不銹鋼 超高強(qiáng)度鋼,熔深淺 成本高 效率低,4,TIG (Tungsten Inert Gas),PAW (Plasma Arc Welding ),A-TIG (Activating flux TIG ),5,TIG PAW,Without flux,With flux,6,EBW LBW,Without flux,With flux,7,焊接熔深大，生產(chǎn)率高,對(duì)施焊材料的微量元素波動(dòng)不敏感， 焊接熔深穩(wěn)定,成本低， 應(yīng)用領(lǐng)域廣， 易實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化,焊接變形小,“A-TIG”焊技術(shù)與常規(guī)TIG焊比較有以下幾條突出優(yōu)點(diǎn)：,8

4、,A-TIG,9,對(duì)比,普通TIG熔深 A-TIG熔深,10,2. A-TIG焊的發(fā)展現(xiàn)狀,活性鎢極氬弧焊(A-TIG)是以傳統(tǒng)的TIG為基礎(chǔ)，在施焊工件表面涂敷一層很薄的表面活性劑，通過(guò)活性劑某些特殊作用，以增加焊接熔深。,A-TIG焊接過(guò)程示意圖,11,2. A-TIG焊的發(fā)展現(xiàn)狀,A-TIG焊關(guān)鍵的因素在于活性劑成分的選配。目前常用的活性劑成分主要有氧化物、氯化物和氟化物 ；對(duì)不同的材料，其適用的活性劑成分不同。,12,國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r,60年代：前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)一些鹵化物可以收縮電弧，增加熔深,90年代：活性劑在焊接碳錳鋼、低合金鋼方面取得巨大成功，發(fā)展成A-TIG焊接技術(shù),1993年，愛(ài)迪生焊

5、接研究所和海軍連接中心開(kāi)發(fā)焊接不銹鋼等合金的活性劑,近年來(lái)日本研究出了氬弧焊用活性劑，英國(guó)焊接研究所正對(duì)此類焊劑的作用機(jī)理進(jìn)行研究,13,國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r,活性劑對(duì)0Cr18Ni9和TC4鈦合金焊縫成型的影響,對(duì)低碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材料活性劑焊接的研究,14,A-TIG焊接技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，一直沿用以易揮發(fā)物質(zhì)如丙酮為溶劑，用刷子刷涂的方式進(jìn)行涂敷,活性劑涂覆技術(shù),15,根據(jù)分散劑的工作原理，對(duì)活性劑配方進(jìn)行了改良，即選擇一種合適的分散，使活性劑在丙酮溶液中的分散性得到改善。然后根據(jù)氣霧劑工作原理研制了氣霧劑罐和自動(dòng)涂敷設(shè)備,16,活性劑增加A-TIG熔深的機(jī)理,自從20世紀(jì)60年代中期S.MG

6、vervihc發(fā)表第一篇關(guān)于焊接鈦合金時(shí)使用活性劑的文章以來(lái)，人們一直對(duì)活性劑增加焊縫熔深的機(jī)理進(jìn)行不懈的研究。目前，已經(jīng)成為國(guó)際上A-TIG焊領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。針對(duì)活性劑增加鈦合金和不銹鋼焊接熔深機(jī)理的研究，人們先后提出了不少的理論，其中最具有代表性的焊接熔深增加機(jī)理的理論是“電弧收縮理論”及“表面張力溫度梯度改變理論”。但究竟使哪種理論是表面活性劑增加焊接A-TIG焊熔深的主要機(jī)理，國(guó)際上還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。,17,活性劑增加A-TIG熔深的機(jī)理,電弧收縮理論,表面張力溫度梯度改變理論,18,A-TIG機(jī)理,電弧收縮理論：,表面張力梯度理論：,19,活性劑增加A-TIG熔深的機(jī)理,針對(duì)

7、在A-TIG焊時(shí)有明顯的電弧收縮現(xiàn)象，人們認(rèn)為“電弧收縮”對(duì)焊接熔深的增加有很大的影響。這個(gè)理論認(rèn)為：當(dāng)活性劑作用于焊接電弧時(shí)，電弧會(huì)發(fā)生明顯的收縮，致使導(dǎo)電面積較小，電流密度增加，從而使得電弧增大，最終導(dǎo)致焊接熔深增加。,20,活性劑增加A-TIG熔深的機(jī)理,活性劑在電弧的高溫作用下蒸發(fā)后以原子態(tài)包圍在電弧的周邊區(qū)域，在電弧的周邊區(qū)域，溫度較低，活性劑原子運(yùn)動(dòng)較慢，蒸發(fā)的活性劑原子捕捉該區(qū)域中的電子形成負(fù)離子并散失到周圍的空間，從而導(dǎo)致該區(qū)域作為導(dǎo)電物質(zhì)的電子減少，使得電弧收縮; 活性劑多為多原子分子，在電弧的高溫作用下發(fā)生熱解離，而熱解離是吸熱反應(yīng)，根據(jù)電壓最小原理，使得電弧收縮; 與金屬

8、相比，活性劑導(dǎo)電率很低，熔沸點(diǎn)很高，只有電弧中心的高溫區(qū)才有金屬的蒸發(fā)，形成陽(yáng)極斑點(diǎn)。也就是說(shuō)，由于表面活性劑的存在，減小了陽(yáng)極斑點(diǎn)區(qū)的面積，從而使得焊接電弧收縮。,21,下圖給出了用A-TIG焊和TIG焊焊接鋼時(shí)的陽(yáng)極斑點(diǎn)的電流密度分布圖，從圖中看出A-TIG焊的陽(yáng)極斑點(diǎn)的直徑是最小的，處于0-1.5mm之間，陽(yáng)極斑點(diǎn)電路密度相應(yīng)提高了1.5-2倍。這樣可以得知，電弧收縮是由于電弧根部陽(yáng)極的電流密度增加了，而且陽(yáng)極斑點(diǎn)的直徑變小了，因此與傳統(tǒng)TIG焊相比，在同一焊接規(guī)范下進(jìn)行焊接時(shí)焊縫的熔深明顯增加。,22,活性劑增加A-TIG熔深的機(jī)理,電弧收縮理論,表面張力溫度梯度改變理論,23,活性劑

9、增加A-TIG熔深的機(jī)理,熔池液體金屬的流動(dòng)方式對(duì)形成熔池有著重要的影響，而熔池金屬流動(dòng)方式主要由表面張力溫度梯度決定。表面張力溫度梯度是由液體表面溫度梯度的存在而決定的。以此為依據(jù)形成表面張力溫度梯度改變理論。 該理論認(rèn)為:熔池內(nèi)金屬流動(dòng)的狀態(tài)對(duì)形成的熔深起到相當(dāng)大的作用。表面張力驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)的基礎(chǔ)是熔池表面熔融的金屬?gòu)谋砻鎻埩π〉膮^(qū)域流向表面張力大的區(qū)域，并且熔融金屬?gòu)娜鄢氐撞肯蛏狭鲃?dòng)以保持穩(wěn)定。,24,一般的純金屬和許多合金在無(wú)活性劑焊接熔化時(shí)，表面張力隨溫度的增加而減小，表面張力梯度為負(fù)(是溫度的負(fù)函數(shù))，即do/dT0，在焊接時(shí)，金屬熔池中心區(qū)域溫度比外圍區(qū)域高，這樣就使中心區(qū)域表面

10、張力比外圍區(qū)的低，這樣引起Marangoni流方向從中心向周邊方向流動(dòng)，這種流動(dòng)模型可有效地使熱量從熔池的中心向周邊傳遞，主要是水平方向傳輸熱量，從而形成寬而淺的熔池，液體流動(dòng)如圖(a)所示。,25,當(dāng)熔池中存在某種微量元素或接觸到活性氣氛時(shí)，熔池中的液態(tài)金屬的表面張力數(shù)值降低并使表面張力梯度由負(fù)的溫度系數(shù)變?yōu)檎臏囟认禂?shù)，即do/dT0。在正的溫度梯度作用下，使得熔池內(nèi)的金屬形成從熔池周邊向熔池中心的表面張力流，改變了熔池金屬的流動(dòng)方向，使熔池中心的電弧熱量通過(guò)液體金屬的流動(dòng)直接傳向熔池的底部，對(duì)熔池底部的加熱效率提高，這種液體流動(dòng)模式可有效地使熱量傳遞至熔池底部，主要是垂直方向傳輸熱量，從而形成窄而深的熔池，液體的流動(dòng)如圖(b)所示。,26,27,3.活性焊的發(fā)展趨勢(shì),隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)活性劑增加焊接熔深的機(jī)理和工藝研究的逐漸成熟，活性劑在其他焊接方法中的應(yīng)用逐漸得到人們的關(guān)注，己經(jīng)形成活性電子束焊、活性激光焊等新的焊接方法。 熔池的物理化學(xué)現(xiàn)象十分復(fù)雜，關(guān)于熔深增加機(jī)理的研究有時(shí)得出了不同的結(jié)論,機(jī)理的研究還有待進(jìn)一步完善和成熟。 活性焊接技術(shù)還需要從焊接的前處理工藝、 焊接規(guī)范、 焊后的熱處理以及焊接接頭的性能等方面與常規(guī)TIG焊接進(jìn)行詳盡的對(duì)比，得到常用不同材料A-TIG焊接的穩(wěn)定的工藝參數(shù)，并在實(shí)際工程應(yīng)用方面進(jìn)行進(jìn)一步系統(tǒng)研究。,28,