三、如何增加鎂合金TIG焊的焊縫熔深？

鎂合金熱導率高，采用傳統的TIG焊會出現焊縫單道熔深較淺、焊接參數對材料成分變化比較敏感、焊接效率低等缺點，因此需要一種高效的焊接方法來焊接鎂合金。活性TIG焊也稱為A-TIG焊，是一種簡單、高效、節能的焊接方法。活性TIG焊是通過在傳統TIG焊接前將很薄的一層表面活性劑涂敷于待焊焊道表面，然后進行正常焊接。活性TIG焊可使焊接件的焊縫熔深顯著增加（如圖2-10所示），其焊接熔深提高幅度最大可達300％，焊接效率明顯提高；同時A-TIG焊還可以減小焊接熱輸入和焊接變形，減少焊接氣孔和母材中微量元素的影響，從而提高焊接質量。

要實現活性TIG焊，首先應該掌握焊劑的正確涂覆方式和使用有效的活性焊劑。

1.鎂合金A-TIG焊劑涂覆方式

為了使鎂合金A-TIG焊的活性劑效果更好的發揮出來，一般將一定形態（如粉末或液態）的活性劑涂覆在母材或焊材表面。目前常見的涂覆方式有坡口單側涂覆、雙側涂覆、分區涂覆（FZ-TIG）和焊絲涂覆等，如圖2-11所示。

2.鎂合金的A-TIG焊劑

用于鎂合金A-TIG焊的活性劑種類較多，比如單一組分的氧化物、鹵化物、氟化物和金屬單質等，以及以上多種組分構成的混合活性劑等都可作為鎂合金A-TIG焊劑使用。例如，有人將單組分的活性劑涂敷于與母材同質的焊絲表面形成活性焊絲，進行TIG填絲試驗，結果表明氯化物活性劑對熔深的增加效果最為明顯，熔深較普通焊絲增加最大可達3倍以上，但熔滴與熔池金屬的融合能力減弱，焊縫表面成型質量變差。

研究表明，活性劑對熔池的影響由活性劑本身的物理化學性質決定。一般情況下，氧化物活性劑（TiO2、SiO2、Cr2O3）可小幅增加焊縫深寬比，氟化物活性劑（CaCl2）沒有效果，氯化物活性劑（CdCl2）可有效增加焊縫深寬比。TiO2和CaF2涂覆量增加，在一定程度上都可以加大焊接熔深，但TiO2和CaF2涂覆量有一定的范圍。研究還表明，焊接前，涂覆復合活性劑比不涂覆活性劑的常規TIG焊焊縫熔深增加約2.5倍，得到的焊縫組織也比使用單一TiO2活性劑得到的焊縫組織更細小，抗拉強度更高。

單質金屬鎘、鋅、鈦和鉻也可作為鎂合金A-TIG焊的活性劑，但不同單質金屬活性劑對焊縫形貌、電弧形態及電弧電壓的影響不同。鎘和鋅活性劑可增加焊接熔深，鈦活性劑對焊接熔深不起作用，鉻活性劑反而減少了焊接熔深。

目前來看，盡管氧化物、鹵化物、氟化物和金屬單質等不同類型的焊劑在增加熔深機理上有所不同，但焊接時加活性劑與不加活性劑相比，加活性劑的A-TIG焊接方法與傳統TIG焊接相比，得到的焊縫質量明顯提高。尤其是A-TIG焊劑涂覆方式的多樣化可以適用于不同的場合和要求，使得A-TIG焊接可以得到更大的熔深和較少的缺陷，有助于提高焊接效率和優化焊接工藝。

例如，在A-TIG焊接研究中，某高校針對變形AZ31B鎂合金板材（其化學成分見表2-7），選取TiO2作為活性劑，研究了涂敷活性劑TiO2對鎂合金焊接后接頭的微觀組織形態、元素分布的影響。

試驗時，首先將TiO2粉末經過烘干、研磨、過篩到200目，然后與丙酮混合成溶液作為活性劑備用，通過調節丙酮的質量分數來調節濃度。焊接前將鎂合金板材的表面仔細清理、清洗后將活性劑均勻地涂敷到材料表面，為了便于和未涂敷活性劑時相比較，焊道只涂刷一半，涂刷示意圖如圖2-12所示。涂敷寬度為40mm左右，待丙酮完全揮發后，將涂敷區和未涂敷區一次焊接完成。采用交流氬弧焊焊接，所用的焊接規范見表2-8。焊接裝置采用自動氬弧焊機，工作時將氬弧焊槍固定，工件置于可以水平移動的工作平臺上，以保證在焊接過程中弧長不發生變化。為保證焊接工藝過程的穩定性，整個焊接過程保持焊接速度穩定不變。

根據焊接后試件的正反面檢查與分析，通過比較涂敷區與未涂敷區可見，在涂敷區焊道稍稍變窄并出現輕微的咬邊現象，正面焊道凹陷存在黑色的點狀熔渣。單一活性劑TiO2涂敷焊接后的焊縫背面清晰地觀察到涂敷區試樣熔透均勻；而在未涂敷區，試樣沒有焊透，背面焊道可以成型，余高在2mm左右。在相同的焊接規范下，未涂敷活性劑的焊縫熔深為3mm左右，涂敷活性劑的焊縫熔深為6mm左右，涂敷活性劑的焊縫熔寬比未涂敷活性劑的焊縫熔寬略有減小。涂敷活性劑和未涂敷活性劑焊道的熔池截面形狀如圖2-13所示。

為進一步研究活性劑增加熔深的機理，有關技術人員采用能譜（EDX）分析了涂敷活性劑的焊縫縱截面上部和中部的元素種類，其結果如圖2-14所示。從圖2-14（a）的EDX分析結果可見，在焊縫縱截面上部（表面）存在Ti元素，而在焊縫縱截面中部沒有Ti元素的存在，說明活性劑對焊縫與焊縫表面熔池發生了作用，并使得熔深增加。

焊接時添加活性劑可以提高熔池的熔深，這對提高焊接生產率無疑是有利的。那么，氬弧焊過程中添加活性劑是否會影響焊接接頭的組織與焊接接頭的性能呢？下面讓我們來觀察有關研究者的試驗照片，如圖2-15和圖2-16所示。

圖2-15中，（a）為未涂覆活性劑焊縫的金相顯微組織照片，（b）為涂覆活性劑焊縫的金相組織照片。從圖中可以看出，涂敷活性劑焊縫的組織與未涂敷活性劑的焊縫組織并沒有明顯的區別，只是略有粗化。

圖2-16是焊接后熔合線附近的掃描電鏡照片。其中，（a）為未涂敷活性劑焊縫，（b）為涂敷活性劑焊縫，圖中虛線所指即為熔合線。從圖2-16中可以看出，這兩種焊縫的熔合線兩側結合良好，沒有裂紋、氣孔、夾渣等焊接缺陷。

由圖2-15與圖2-16可見，涂敷活性劑后對焊縫組織的影響不大。涂敷活性劑后并沒有引起焊縫結合的劣化。根據有關研究，圖2-15（b）中組織的粗化可能是由于活性劑的存在吸收了部分熱量使得焊縫熔池冷卻速度降低引起，或者是由于活性劑中Ti元素的加入引起焊縫組織的微小變化。所以，通過添加活性劑來增加鎂合金TIG焊的焊縫熔深是一種可行的方法與手段。