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| 甘肃工业大学 樊丁 顾玉芬 石玗 张瑞华 |
摘 要：对一种高效的TIG焊方法-A-TIG进行了初步研究。A-TIG即在预先准备好的施焊材料上涂敷一层表面活性剂，对其进行系列堆焊试验。结果表明：在相同焊接参数下，涂敷表面活性剂后焊接电弧有明显收缩，熔池深度也有显著增加，而熔宽稍有减少。着重介绍了活性剂成分的调配及活性剂成分对熔深变化的影响，并且对熔深增加机理进行了初步研究。
萤石含量对焊接熔深的影响如图1所示：
2.2 NaCl含量变化对熔深的影响 本组实验六种活性剂配方（B1-B6）中NaCl的含量是由小到大的，具体的实验结果见表2
2.3 弧长对熔深的影响 我们选用以前实验得到的较好的一组配方来做这两组实验，关于弧长的试验结果如表3所示。
3、讨论 总结以上的试验现象和试验结果，可以认为表面活性剂使焊接熔深增加的主要原因有以下三个方面。乌克兰学者倾向于第一种原因，而美国学者则认为第二种原因是熔深增加的最主要原因。目前国际上对表面活性剂使熔深增加的机理还没有统一的观点。 3.1 电弧收缩导致熔深增加 电弧收缩是试验中肉眼可以观察到的现象。在活性剂涂层上焊接时，电弧会有明显收缩，致使电流密度集中，导电面积缩小，同时电弧力也增加，最终使熔深增加。 电弧收缩的原因有3种可能[1, 3, 4 ] （1） 在电弧的中心区域，电弧的温度高于分子的分解温度，气体和活性剂原子被电离成电子和正离子。在弧柱较冷的外围区域，被蒸发的物质仍然以分子和被分解的原子的形式存在，被分解的原子大量地吸附电子，形成负离子，使外围区域作为主要导电物质的电子减少，导电能力下降，使电弧收缩。 （2） 因为我们使用的活性剂的各组分都是多原子分子，所以在电弧气氛下发生热解离，热解离是吸热反应，所以根据最小电压原理，使电弧收缩。 （3） 因为涂层物质本身不导电，又因为涂层物质的熔沸点都比金属的高，所以只在电弧中心温度较高的区域，有金属的蒸发，形成阳极斑点，即涂层的存在减小了阳极斑点区，从而使电弧收缩。 3。2 表面张力梯度的影响 在纯金属和许多合金中，表面张力随温度的增加而减小，即dσ/dT<0,因为表面张力大的地方液体很难流动，所以都是表面张力小的液体向表面张力大的地方流动。在熔池中，中心区域温度高，故熔池金属如图5A流动，这样形成宽而浅的熔深。当熔池中添加有活性元素（如S，O）时，dσ/dT>0，这样形成深而窄的熔深。 3.3 热输入的增加 在试验过程中，绝大多数的试板在涂上活性剂后电弧电压有不同程度的增加，而电弧的电流恒定不变，则热输入增加，肯定有利于熔深的增加。按电弧电压增加的数量值，本实验中热输入比原来最多增加15%，而实际熔深可达300%以上。可见热输入虽然使熔池有所增加，但不是熔深增加的主要因素。 3．4 进一步讨论 那么电弧收缩和熔池表面张力梯度哪一方面的影响更大呢？我们用涂有活性剂的试板进行小功率电子束焊接试验。因为电子束焊没有电弧，不用考虑电弧收缩。故而对电子束来说只有表面张力的作用。实验结果是电子束焊对熔深的影响很小，也就初步说明表面张力梯度的变化对熔池熔深增加起的作用很小。 4 结论 通过对碳钢"A-TIG"焊接试验，在本试验条件下得到如下结论： （1）碳钢常规TIG焊添加活性剂，可使熔深增加1~2倍。 （2）在碳钢A-TIG焊中，使焊接熔深增加的主要原因有电弧收缩和表面张力梯度两个方面，起主要作用的是电弧收缩。 （3）在A-TIG焊中，熔深增加还与弧长有关。弧长在3mm左右最佳。 （4）活性剂成分不同，熔深增加程度也不同。 参考文献 1． Simonik A G. The effect of contraction of the arc discharge upon the introduction of electro-negative elements. Welding Production,1976,(3): 49-51 2. Lucas W, House D S. Activating flux - increasing the performance and productivity of the TIG and plasma processes. Welding and Metal Fabrication, 1996,(1): 11-17 3. Simonik, A. G.. Effect of halides on penetration in argon-arc welding of titanium alloys. Svarochnoye Proizvodstvo,1974,(3):53 4. Panton B.E. .Contraction of the welding arc caused by the flux in tungsten-electrode argon-arc welding. The Paton Welding Journal,2000,(1):pp5～11 5. 樊丁。低碳钢A-TIG焊接法的试验研究。甘肃工业大学学报。2000, No.3 ①注：本研究为国家教育部骨干教师基金资助项目。 作者简介：樊丁，１９６１年生。甘肃工业大学材料科学与工程学院院长，教授，博士生导师。 |
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