鈦合金材料以其優(yōu)良的機(jī)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(yīng)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(yīng)用的鈦合金焊接結(jié)構(gòu)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(yīng)性強(qiáng)、焊縫質(zhì)量?jī)?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(duì)材料的熱損傷大、焊接應(yīng)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(gòu)件的使用性能。

　　目前，新型飛機(jī)的研制對(duì)鈦合金焊接結(jié)構(gòu)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，以滿足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)的高效率、高性能及高可靠性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)長(zhǎng)壽命、低成本的要求。活性焊劑鎢極氬弧焊（A-TIG）技術(shù)就是適應(yīng)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(guī)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(gòu)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(yīng)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(guī)TIG焊接工藝相比，鈦合金A-TIG焊接電弧的穿透能力顯著增強(qiáng)，熱輸入量、焊接變形及應(yīng)力減小。在焊接相同規(guī)格的產(chǎn)品構(gòu)件時(shí)，在相同的焊接電流條件下，可以實(shí)現(xiàn)不開(kāi)坡口單道焊接或使堆焊層數(shù)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(jié)構(gòu)的疲勞性能。試驗(yàn)表明，TC4鈦合金A-TIG焊對(duì)接接頭的疲勞極限比常規(guī)TIG焊提高16%，可達(dá)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

　　薄膜的存在限制了電弧的導(dǎo)通截面，從而使電弧收縮；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(dǎo)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(xiàn)液態(tài)鈦把焊劑薄膜的成功擠走，才能實(shí)現(xiàn)電弧的成功導(dǎo)通和穩(wěn)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(rùn)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(dǎo)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(fù)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(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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(qū)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(yàn)結(jié)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(shù)（ψ=b/h）也相應(yīng)減小。此外，焊接時(shí)熱輸入（q/V）也相應(yīng)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(yàn)確認(rèn)，并用于俄羅斯航空、航天、化工、壓力容器、電力設(shè)備、核電設(shè)施等領(lǐng)域。美國(guó)在氬弧焊用活性焊劑的研究方面比烏克蘭相對(duì)落后。但目前美國(guó)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(yīng)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(tǒng)和某些零部件。

　　北京航空制造工程研究所對(duì)鈦合金A-TIG焊接技術(shù)進(jìn)行了深入研究，從著重應(yīng)用的角度出發(fā)，研制了適用于鈦合金氬弧焊的活性焊劑產(chǎn)品，申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利并獲授權(quán)。研究所對(duì)A-TIG焊接工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，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)行了比較詳盡的對(duì)比，得到了常用鈦合金材料A-TIG焊接的穩(wěn)定的工藝參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了A-TIG焊接技術(shù)工程應(yīng)用研究。與沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司合作，針對(duì)TA15和BT20鈦合金材料平板對(duì)接和穿透焊兩種接頭形式，在主機(jī)廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了TIG焊和A-TIG焊工藝對(duì)比、典型補(bǔ)焊工藝對(duì)比及補(bǔ)焊后接頭強(qiáng)度和疲勞性能對(duì)比，得到了一系列相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為有效指導(dǎo)工廠相關(guān)生產(chǎn)提供了依據(jù)。

　　在此基礎(chǔ)上，北京航空制造工程研究所還已將研制的鈦合金活性焊劑FT-01及A-TIG焊技術(shù)成功應(yīng)用于了某航天大型鈦合金焊接結(jié)構(gòu)、某型號(hào)波紋腹板梁焊接結(jié)構(gòu)等的焊接研究中，得到的焊縫接頭性能優(yōu)異，有效地降低了焊縫氣孔數(shù)量，減小了焊接變形，產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，質(zhì)量可靠。

　　活性焊劑焊接技術(shù)在激光焊接中的應(yīng)用

　　北京航空制造工程研究所還進(jìn)行了活性焊劑激光焊接工藝研究及應(yīng)用研究，完成了焊接工藝試驗(yàn)及焊接接頭性能測(cè)試試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：活性焊劑能夠有效改善鈦合金激光焊接中的咬邊缺陷，提高焊接接頭的疲勞性能。目前，活性焊劑激光焊已成功應(yīng)用于某型號(hào)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)中。