三、如何增加镁合金TIG焊的焊缝熔深？

镁合金热导率高，采用传统的TIG焊会出现焊缝单道熔深较浅、焊接参数对材料成分变化比较敏感、焊接效率低等缺点，因此需要一种高效的焊接方法来焊接镁合金。活性TIG焊也称为A-TIG焊，是一种简单、高效、节能的焊接方法。活性TIG焊是通过在传统TIG焊接前将很薄的一层表面活性剂涂敷于待焊焊道表面，然后进行正常焊接。活性TIG焊可使焊接件的焊缝熔深显著增加（如图2-10所示），其焊接熔深提高幅度最大可达300％，焊接效率明显提高；同时A-TIG焊还可以减小焊接热输入和焊接变形，减少焊接气孔和母材中微量元素的影响，从而提高焊接质量。

要实现活性TIG焊，首先应该掌握焊剂的正确涂覆方式和使用有效的活性焊剂。

1.镁合金A-TIG焊剂涂覆方式

为了使镁合金A-TIG焊的活性剂效果更好的发挥出来，一般将一定形态（如粉末或液态）的活性剂涂覆在母材或焊材表面。目前常见的涂覆方式有坡口单侧涂覆、双侧涂覆、分区涂覆（FZ-TIG）和焊丝涂覆等，如图2-11所示。

2.镁合金的A-TIG焊剂

用于镁合金A-TIG焊的活性剂种类较多，比如单一组分的氧化物、卤化物、氟化物和金属单质等，以及以上多种组分构成的混合活性剂等都可作为镁合金A-TIG焊剂使用。例如，有人将单组分的活性剂涂敷于与母材同质的焊丝表面形成活性焊丝，进行TIG填丝试验，结果表明氯化物活性剂对熔深的增加效果最为明显，熔深较普通焊丝增加最大可达3倍以上，但熔滴与熔池金属的融合能力减弱，焊缝表面成型质量变差。

研究表明，活性剂对熔池的影响由活性剂本身的物理化学性质决定。一般情况下，氧化物活性剂（TiO2、SiO2、Cr2O3）可小幅增加焊缝深宽比，氟化物活性剂（CaCl2）没有效果，氯化物活性剂（CdCl2）可有效增加焊缝深宽比。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涂覆量有一定的范围。研究还表明，焊接前，涂覆复合活性剂比不涂覆活性剂的常规TIG焊焊缝熔深增加约2.5倍，得到的焊缝组织也比使用单一TiO2活性剂得到的焊缝组织更细小，抗拉强度更高。

单质金属镉、锌、钛和铬也可作为镁合金A-TIG焊的活性剂，但不同单质金属活性剂对焊缝形貌、电弧形态及电弧电压的影响不同。镉和锌活性剂可增加焊接熔深，钛活性剂对焊接熔深不起作用，铬活性剂反而减少了焊接熔深。

目前来看，尽管氧化物、卤化物、氟化物和金属单质等不同类型的焊剂在增加熔深机理上有所不同，但焊接时加活性剂与不加活性剂相比，加活性剂的A-TIG焊接方法与传统TIG焊接相比，得到的焊缝质量明显提高。尤其是A-TIG焊剂涂覆方式的多样化可以适用于不同的场合和要求，使得A-TIG焊接可以得到更大的熔深和较少的缺陷，有助于提高焊接效率和优化焊接工艺。

例如，在A-TIG焊接研究中，某高校针对变形AZ31B镁合金板材（其化学成分见表2-7），选取TiO2作为活性剂，研究了涂敷活性剂TiO2对镁合金焊接后接头的微观组织形态、元素分布的影响。

试验时，首先将TiO2粉末经过烘干、研磨、过筛到200目，然后与丙酮混合成溶液作为活性剂备用，通过调节丙酮的质量分数来调节浓度。焊接前将镁合金板材的表面仔细清理、清洗后将活性剂均匀地涂敷到材料表面，为了便于和未涂敷活性剂时相比较，焊道只涂刷一半，涂刷示意图如图2-12所示。涂敷宽度为40mm左右，待丙酮完全挥发后，将涂敷区和未涂敷区一次焊接完成。采用交流氩弧焊焊接，所用的焊接规范见表2-8。焊接装置采用自动氩弧焊机，工作时将氩弧焊枪固定，工件置于可以水平移动的工作平台上，以保证在焊接过程中弧长不发生变化。为保证焊接工艺过程的稳定性，整个焊接过程保持焊接速度稳定不变。

根据焊接后试件的正反面检查与分析，通过比较涂敷区与未涂敷区可见，在涂敷区焊道稍稍变窄并出现轻微的咬边现象，正面焊道凹陷存在黑色的点状熔渣。单一活性剂TiO2涂敷焊接后的焊缝背面清晰地观察到涂敷区试样熔透均匀；而在未涂敷区，试样没有焊透，背面焊道可以成型，余高在2mm左右。在相同的焊接规范下，未涂敷活性剂的焊缝熔深为3mm左右，涂敷活性剂的焊缝熔深为6mm左右，涂敷活性剂的焊缝熔宽比未涂敷活性剂的焊缝熔宽略有减小。涂敷活性剂和未涂敷活性剂焊道的熔池截面形状如图2-13所示。

为进一步研究活性剂增加熔深的机理，有关技术人员采用能谱（EDX）分析了涂敷活性剂的焊缝纵截面上部和中部的元素种类，其结果如图2-14所示。从图2-14（a）的EDX分析结果可见，在焊缝纵截面上部（表面）存在Ti元素，而在焊缝纵截面中部没有Ti元素的存在，说明活性剂对焊缝与焊缝表面熔池发生了作用，并使得熔深增加。

焊接时添加活性剂可以提高熔池的熔深，这对提高焊接生产率无疑是有利的。那么，氩弧焊过程中添加活性剂是否会影响焊接接头的组织与焊接接头的性能呢？下面让我们来观察有关研究者的试验照片，如图2-15和图2-16所示。

图2-15中，（a）为未涂覆活性剂焊缝的金相显微组织照片，（b）为涂覆活性剂焊缝的金相组织照片。从图中可以看出，涂敷活性剂焊缝的组织与未涂敷活性剂的焊缝组织并没有明显的区别，只是略有粗化。

图2-16是焊接后熔合线附近的扫描电镜照片。其中，（a）为未涂敷活性剂焊缝，（b）为涂敷活性剂焊缝，图中虚线所指即为熔合线。从图2-16中可以看出，这两种焊缝的熔合线两侧结合良好，没有裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。

由图2-15与图2-16可见，涂敷活性剂后对焊缝组织的影响不大。涂敷活性剂后并没有引起焊缝结合的劣化。根据有关研究，图2-15（b）中组织的粗化可能是由于活性剂的存在吸收了部分热量使得焊缝熔池冷却速度降低引起，或者是由于活性剂中Ti元素的加入引起焊缝组织的微小变化。所以，通过添加活性剂来增加镁合金TIG焊的焊缝熔深是一种可行的方法与手段。