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鈦合金的活性焊劑焊接技術(shù)
發(fā)布時(shí)間:2020-06-20 09:54:11

鈦合金材料以其優(yōu)良的機械性能、耐腐蝕性能以及密度小等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越廣泛地應用于航空、航天、石油、化工及艦船等行業(yè)。鎢極氬弧焊是上述各行業(yè)中大量應用的鈦合金焊接結構最常使用的焊接方法之一。該方法具有工藝裕度大、工藝適應性強、焊縫質(zhì)量?jì)?yōu)良等特點(diǎn),但也存在電弧能量密度較低、穿透能力較差、焊接時(shí)的熱輸入較大、對材料的熱損傷大、焊接應力變形較大等不足;特別是在鈦合金焊接時(shí),易產(chǎn)生氣孔等缺陷,直接影響焊接構件的使用性能。 


目前,新型飛機的研制對鈦合金焊接結構件的要求越來(lái)越高,急需開(kāi)發(fā)新型、優(yōu)質(zhì)、高效的焊接方法,以滿(mǎn)足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機、飛機的高效率、高性能及高可靠性的結構設計對先進(jìn)制造技術(shù)長(cháng)壽命、低成本的要求?;钚院竸╂u極氬弧焊(A-TIG)技術(shù)就是適應這一要求而發(fā)展起來(lái)的。該技術(shù)不僅能解決上述常規TIG焊接存在的技術(shù)不足,而且在相同的工藝條件下,能提高構件的焊接質(zhì)量和使用壽命[1-3],為鎢極氬弧焊技術(shù)開(kāi)拓新的應用前景。 


鈦合金A-TIG焊接技及特點(diǎn) 


A-TIG焊接技術(shù)是焊接前在待焊接工件上表面涂一層活性焊劑,然后沿焊劑層進(jìn)行TIG焊的工藝方法。與常規TIG焊接工藝相比,鈦合金A-TIG焊接電弧的穿透能力顯著(zhù)增強,熱輸入量、焊接變形及應力減小。在焊接相同規格的產(chǎn)品構件時(shí),在相同的焊接電流條件下,可以實(shí)現不開(kāi)坡口單道焊接或使堆焊層數明顯減少,從而提高焊接生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,成倍降低成本。 


另外,活性焊劑能夠大大減少氬弧焊過(guò)程中產(chǎn)生的焊縫氣孔缺陷,從而直接改善焊接接頭及焊接結構的疲勞性能。試驗表明,TC4鈦合金A-TIG焊對接接頭的疲勞極限比常規TIG焊提高16%,可達到母材的90%。目前鈦合金活性焊劑氬弧焊技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種為保證武器裝備提高質(zhì)量、提高加工效率和降低成本的新型先進(jìn)連接制造技術(shù)。 


鈦合金A-TIG焊接技術(shù)的基本原理 


第一,薄膜的存在限制了電弧的導通截面,從而使電弧收縮; 


第二、其次,由于焊接前鈦合金材料表面覆蓋活性焊劑層,在電弧導通過(guò)程中,只有電弧熱先將活性焊劑和鈦金屬熔融,并實(shí)現液態(tài)鈦把焊劑薄膜的成功擠走,才能實(shí)現電弧的成功導通和穩定燃燒。由于熔融的活性焊劑與液態(tài)鈦之間有較好的浸潤性,因此,焊劑薄膜又不容易被擠走。其被擠走的越少,焊縫也就越窄,電弧的熱流量也就越集中,熔透的深度越深; 


第三,A-TIG焊接時(shí),活性焊劑分子蒸汽進(jìn)入電弧氣氛,增加了弧柱中等離子的導熱性,從而使電弧收縮; 


第四,電弧熱使活性焊劑分解電離并進(jìn)入到電弧外圍空間,焊劑離子捕獲電弧外圍電子形成負離子,降低了弧柱外圍空間的電壓,從而使電弧收縮。正是由于上述幾個(gè)方面的協(xié)同作用,使A-TIG焊接過(guò)程中焊接電弧發(fā)生明顯收縮,弧柱電流密度增加,致使焊接熔深增加。 


國外技術(shù)發(fā)展現狀 


活性焊劑最先是由烏克蘭巴頓焊接研究所于60年代研制出來(lái)的。其最初的研制目的是為了通過(guò)在焊縫區添加鹵化物以改善鈦合金TIG焊時(shí)焊縫中的氣孔問(wèn)題。試驗結果表明,添加的鹵化物在抑制鈦合金焊縫氣孔的同時(shí),還影響了焊縫的成形:在其他條件等同的情況下,焊縫熔深(h)增加,熔寬(b)減小,焊縫形狀系數(ψ=b/h)也相應減小。此外,焊接時(shí)熱輸入(q/V)也相應降低。鑒于添加鹵化物所帶來(lái)的一系列積極效果,巴頓所于1964年開(kāi)發(fā)了第一種多元活性焊劑產(chǎn)品——AHT-9A,用于鈦合金焊接。目前,其A-TIG焊工藝已通過(guò)試驗確認,并用于俄羅斯航空、航天、化工、壓力容器、電力設備、核電設施等領(lǐng)域。美國在氬弧焊用活性焊劑的研究方面比烏克蘭相對落后。但目前美國已利用開(kāi)發(fā)出的不銹鋼與碳鋼氬弧焊用活性焊劑進(jìn)行雙體船殼體、油輪、核反應容器、壓力容器等的建造;海軍方面正使用該焊劑焊接艦船及潛艇用管道系統和某些零部件。 


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