超声钨电极氩弧复合焊金属熔化行为分析

钨电极氩弧焊 (TIG) 是一种非常广泛的高质量焊接方法，其焊接过程稳定，焊缝成形优良。但是焊缝熔深浅，导致焊接效率较低。增大焊接电流虽然能够一定限度增加焊接熔深，但是增加热输入量又容易引起焊缝晶粒组织粗大，接头性能下降，在焊接不锈钢和钛合金的时候尤为突出，成为制约其在高效焊接生产中应用的主要因素。因此，在保留TIG原有优点的基础上，如何提高其焊接效率成为亟待解决的问题。

通过机械耦合装置将超声的能量导入到TIG焊接电弧中，该焊接电弧能够在相对较小的电流下保持较高的电弧力，可以在增加焊接熔深的同时，避免了增加电流所导致的组织粗大及性能下降等缺陷，提高焊缝的机械性能及疲劳强度。

超声TIG复合焊接在适当的焊接高度条件下，可以同比大幅增加焊接熔深，提高焊接深宽比，实现优良的焊接效果，主要由于超声TIG复合焊能明显增加电弧力，提高焊接电弧的挖掘力。

电弧对于焊接而言，不仅仅是一个加热源，也是一个力源。电弧力与焊接中表现出的熔池形态、焊缝尺寸、焊缝成形都有密切关系。电弧力主要是由电弧静压力和电弧动压力组成，动压力主要是由电弧中的粒子对焊接工件表面撞击而产生的。在电弧力中，等离子流力是电弧力的主要提供，起着决定性作用，几乎占到了电弧机械力的80%。等离子流力及等离子体浓度分布与电弧温度分布成正比例关系，因此有必要对电弧形态及温度分布进行采集与测量。

超声TIG复合焊接，能有效提高电弧力水平，使得焊接工件熔化形式由单纯熔化型转变为中心熔化型，增大了焊接熔深，提高焊接深宽比，改善了母材金属熔化形式，提高了焊接效率。超声能量作用使得电弧被压缩，焊接熔深增加是由于电弧力及电磁对流均增强的结果而促成的。