大熔深TIG焊接方法研究现状及应用

【摘  要】为了克服传统TIG焊接方法存在的单道焊接熔深浅的缺点，相关学者开发了多种大熔深TIG焊接方法。通过对这些新型TIG焊接方法的开发和应用，可以增大TIG焊的焊接熔深，提高TIG焊的焊接效率，进一步扩展TIG焊的应用范围，促进国民经济的发展。

【关键词】大熔深;TIG焊;研究现状

焊接技术作为一种重要的材料连接方法在国民经济建设和国家现代化建设中发挥着至关重要的作用。作为优质、清洁焊接方法的代表钨极氩弧焊（简称TIG焊），因具有焊接质量优良、焊接过程无烟尘、适用所有金属材料的焊接、可实现全位置焊接的优点，在焊接领域获得广泛应用。但该焊接方法焊接时需要使用钨针作为电极，而钨针承载电流的能力低，形成的电弧能量不够集中，从而使得该焊接方法具有单道焊接熔深小、焊接熔敷速率低、焊接速度慢等缺点。为克服其缺点，世界各个国家的相关专家学者进行了大量改进研究，研究的方向主要集中在增大单道焊接熔深、提高熔敷速率、提高焊接速度三个方面。

一.A-TIG焊接方法

A-TIG焊又叫活性TIG焊，该焊接方法是在进行TIG焊之前先在待焊焊道表面涂覆一层活性剂，然后进行常规的TIG。该焊接方法可以显著增大TIG焊的单道焊接熔深。对于不锈钢材料，常规TIG焊的单道焊接熔深最大为3mm左右，A-TIG可以将不锈钢的单道焊接熔深提高到10mm左右。国内兰州理工大学、哈尔滨工业大学、辽宁工程技术大学等单位的学者对该焊接方法进行了大量研究，并且针对不锈钢、碳钢、铝合金等材料开发了专门的活性剂。这些活性剂的开发，也使得该焊接方法在焊接生产中获得了一定的应用。但是该焊接方法相对常规TIG焊增加了一道活性剂的涂覆工序，并且活性剂的涂覆过程很难保证均匀，且不利于实现焊接过程的自动化。因此，这些缺点都限制了该焊接方法在生产上的大量推广使用。

二.AA-TIG焊接方法

电弧辅助活性TIG焊（简称AA-TIG）是在进行TIG焊时引入活性气体，通过活性气体作用于电弧和焊接熔池，从而增大焊接熔深，提高焊接效率。AA-TIG焊的实现形式有两种，一种称为分离电弧AA-TIG焊，一种称为耦合电弧AA-TIG焊。分离电弧AA-TIG焊是首先利用以活性气体和惰性气体的混合气作为保护气形成的电弧在待焊焊道表面形成一层预熔氧化层，该氧化层就可以充当活性剂的作用，然后再进行常规TIG焊。耦合电弧AA-TIG焊是沿着焊接方向布置两把焊枪，前面的一把焊枪保护气为活性气体和惰性气体的混合气，后面一把焊枪保护气为惰性气体。两把焊枪形成一个耦合电弧，共同作用于焊接熔池。AA-TIG焊的两种实现途径都可以实现增大焊接熔深的目的，可以将TIG焊单道焊接熔深增大到10mm左右。目前该焊接方法还处于实验室研究阶段，活性气体对焊缝性能的影响还存在不确定因素，因此该焊接方法在生产中还没有获得推广应用。

三.K-TIG焊接方法

上个世纪九十年代，澳大利亚的一家科研机构提出一种新型TIG焊接方法——K-TIG焊接方法。该焊接方法是通过一种特制的焊枪，该焊枪可以承载较大的焊接电流，利用电弧的自身的收缩作用获得能量密度大，电弧温度高的焊接电弧。该电弧在焊接时，焊接母材在高温电弧的作用下迅速熔化，甚至直接达到汽化状态。汽化的液态金属在高温电弧的作用下会快速逃离液态熔池。气态金属在逃离液态熔池时，会对熔池形成一个反向的作用力。液态熔池在该反向作用力的影响下，结合自身的重力，液态熔池就会向下凹陷。当反向冲击力，液态金属自身重力和液态金属表面张力形成一种动态平衡时，就会在液态熔池中间形成一个动态的小孔，实现穿孔形式的焊接。该焊接方法通过形成穿孔形式的焊接，可以实现12mm厚度以下不锈钢的单面焊双面成形焊接。目前该焊接方法在国内已经有不少单位开始进行研究.

四.DP-TIG焊接方法

DP-TIG焊接方法是深熔TIG焊接方法的简称。该焊接方法的原理是通过一把特殊设计的焊枪，实现对钨极的强制冷却。将钨极冷却后，就可以将焊接电弧压制到钨极的最尖端，从而获得截面积较小的焊接电弧，该焊接电弧能量密度大、电弧挺度高、可以实现类似激光焊的穿孔形式的焊接，对于不锈钢、碳钢、钛合金等多种焊接材料实现稳定的单面焊双面成形焊接工艺。该焊接方法目前可以将TIG焊的单道焊接熔深增大到13mm左右，并且可以显著提高焊接速度。目前该焊接方法引起了国内很多单位的重视，在国内唐山開元焊接自动化技术研究所率先开展了该焊接方法的研究，并且成功将该焊接方法推向工业生产，实现该焊接方法的产业化，并且获得很多客户认可。

五.U-TIG焊接方法

超声波TIG复合焊（简称U-TIG焊）是一种新型的TIG焊接方法，该焊接方法是在传统TIG焊接过程中叠加一定频率的超声波，通过超声波能量的作用，优化焊缝组织性能，增大焊缝的熔深。核工业工程研究设计有限公司的田玉鑫等人的研究结果表明：超声波TIG复合焊接方法可以显著增大焊接熔深，可以将焊接熔深增大到5mm左右。并且该复合电弧能量集中，还能够改善焊缝表面成形，使工件变形小、热影响区小，有利于提高焊接接头质量。对于超声波TIG复合焊的原理，哈尔滨工业大学最先开展了这方面的研究，通过观察复合电弧的形态、测试电弧压力、温度分布等，明确了该复合电弧的特性。研究结果表明：超声波作用于电弧后可以引起电弧压力增大，从而有利于电弧能量向焊接熔池的传递，增大焊接熔深。

六.磁控TIG焊接方法

磁控TIG焊接方法是在常规TIG焊接过程中引入一定方向和大小的磁场，通过磁场对焊接电弧和焊接熔池的作用，实现增大焊接熔深、改善焊缝组织的目的。目前增加的磁场形式主要有横向磁场、纵向磁场、横向旋转磁场和尖角磁场四种形式的磁场。以增大焊接熔深为主要目的的磁场是纵向磁场。沈阳工业大学的研究结果表明，增加纵向磁场后，电弧中的带电粒子在磁场的作用下沿磁力线方向做旋转运动，随着磁场强度的增强，焊接电弧收缩，能量密度增大，从而可以增大焊接熔深。该焊接方法，可以通过引入不同的磁场实现不同的目的，具有广阔的研究前景和应用前景。

七.结语

对于大熔深TIG焊接方法的研究，可以在保留TIG焊优点的同时，克服TIG焊存在的单道焊接熔深浅的缺点，使得TIG焊接方法在中厚板焊接领域具有更大的优势，进一步拓展TIG焊的应用范围，以满足工业生产对焊接方法提出的越来越高的要求，促进焊接产业向着智能化、高效化、绿色化的方向发展。

参考文献：

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[2]李志远海等.先进连接方法（第一版）[M].机械工业出版社.2000.3.

[3]刘自刚等.DP-TIG焊接方法工艺研究[J].焊接.2017（3），61-65.

作者简介：

刘自刚（1985.10-），男，汉族，河南省商丘市人，硕士研究生学历，诺力智能装备股份有限公司、浙江省智能物流装备工程技术研究中心工程师，主要研究方向：新型高效焊接方法、焊接自动化设备。

（作者单位：诺力智能装备股份有限公司）