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)點越來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(jié)構(gòu)最常使用的焊接方法之一。該方法具有工藝裕度大、工藝適應性強、焊縫質(zhì)量優(yōu)良等特點，但也存在電弧能量密度較低、穿透能力較差、焊接時的熱輸入較大、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，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，新型飛機的研制對鈦合金焊接結(jié)構(gòu)件的要求越來越高，急需開發(fā)新型、優(yōu)質(zhì)、高效的焊接方法，以滿足先進航空發(fā)動機、飛機的高效率、高性能及高可靠性的結(jié)構(gòu)設計對先進制造技術(shù)長壽命、低成本的要求。活性焊劑鎢極氬弧焊（A-TIG）技術(shù)就是適應這一要求而發(fā)展起來的。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)開拓新的應用前景。

　　鈦合金A-TIG焊接技及特點

　　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，熱輸入量、焊接變形及應力減小。在焊接相同規(guī)格的產(chǎn)品構(gòu)件時，在相同的焊接電流條件下，可以實現(xiàn)不開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。試驗表明，TC4鈦合金A-TIG焊對接接頭的疲勞極限比常規(guī)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，在電弧導通過程中，只有電弧熱先將活性焊劑和鈦金屬熔融，并實現(xiàn)液態(tài)鈦把焊劑薄膜的成功擠走，才能實現(xiàn)電弧的成功導通和穩(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，活性焊劑分子蒸汽進入電弧氣氛，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。正是由于上述幾個方面的協(xié)同作用，使A-TIG焊接過程中焊接電弧發(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(xiàn)狀

　　活性焊劑最先是由烏克蘭巴頓焊接研究所于60年代研制出來的。其最初的研制目的是為了通過在焊縫區(qū)添加鹵化物以改善鈦合金TIG焊時焊縫中的氣孔問題。試驗結(jié)果表明，添加的鹵化物在抑制鈦合金焊縫氣孔的同時，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）也相應減小。此外，焊接時熱輸入（q/V）也相應降低。鑒于添加鹵化物所帶來的一系列積極效果，巴頓所于1964年開發(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發(fā)出的不銹鋼與碳鋼氬弧焊用活性焊劑進行雙體船殼體、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(tǒng)和某些零部件。

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

　　在此基礎上，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)成功應用于了某航天大型鈦合金焊接結(jié)構(gòu)、某型號波紋腹板梁焊接結(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)在激光焊接中的應用

　　北京航空制造工程研究所還進行了活性焊劑激光焊接工藝研究及應用研究，完成了焊接工藝試驗及焊接接頭性能測試試驗。試驗結(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用于某型號飛機結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)中。