TIG焊接技术现状如何？未来趋势又在哪里？

摘要： 第一部分：TIG焊接技术研究现状当前，TIG焊接技术的研究主要集中在“高效化”、“自动化”、“智能化”和“精密化”四大方向，旨在突破传统TIG焊接效率低、对操作技能要求高的瓶颈，高...

第一部分：TIG焊接技术研究现状

当前，TIG焊接技术的研究主要集中在“高效化”、“自动化”、“智能化”和“精密化”四大方向，旨在突破传统TIG焊接效率低、对操作技能要求高的瓶颈。

高效化技术

高效化是TIG焊接技术发展的核心驱动力,主要通过改变热输入方式和增加熔敷效率来实现。

• 热丝TIG焊接

  • 技术原理： 在电弧加热母材的同时，将一根或几根填充丝（通常为不锈钢、镍基合金、钛合金等）通过独立的电源加热到接近熔点,然后送入熔池。
  • 研究现状：
    • 显著提高熔敷效率： 相比冷丝TIG，热丝TIG的熔敷效率可提高2-5倍，最高可达15-20 kg/h，极大减少了线能量输入,减小了热影响区。
    • 改善焊缝质量： 预热的焊丝减少了熔池的温差，使冶金反应更充分，气孔敏感性降低，焊缝成形更美观、致密。
    • 应用领域： 广泛应用于管道、压力容器、核电站主管道等厚壁、大直径工件的打底和填充焊。
  • 研究热点： 多丝热丝TIG（如双丝、三丝）技术，以实现更高的熔敷效率；针对不同材料的精确热丝温度控制。

• 活性TIG焊接

  • 技术原理： 在待焊工件表面涂覆一层薄薄的活性剂（如氧化物、氟化物等），TIG电弧在活性剂作用下，产生“电弧收缩”和“熔池流场改变”两种效应,从而显著改变热输入和熔深。
  • 研究现状：
    • 大幅增加熔深： 在相同焊接电流和速度下，A-TIG的熔深可比传统TIG增加1-3倍，甚至更多，实现“小电流、深熔焊”。
    • 改善空间位置焊接性： 对于厚板，可以减少焊接层数，简化工艺，尤其适用于立焊、仰焊等困难位置的焊接。
    • 机理研究深化： 对活性剂的作用机理（电弧收缩理论和电弧正负离子理论）仍在深入研究中,以优化活性剂配方和工艺参数。
  • 应用领域： 石油化工储罐、厚板压力容器、核电站部件等。

• 双/多弧TIG焊接

  
  （图片来源网络，侵删）
  • 技术原理： 使用两个或多个独立的钨极和电源,在同一熔池或相邻区域同时产生电弧。
  • 研究现状：
    • 双丝TIG： 一个主电弧负责熔透母材，一个辅助电弧负责预热或熔化填充丝，实现热输入与填充的解耦,控制更灵活。
    • 等离子-TIG复合焊： 利用等离子弧的高能量密度进行主熔透，TIG弧进行控制,结合了等离子焊深熔能力强和TIG焊成形好的优点。
  • 研究热点： 多电弧的协同控制、电弧间的相互作用以及对焊缝成形和冶金质量的影响。

自动化与智能化技术

随着工业机器人技术的发展,TIG焊接的自动化和智能化水平不断提升。

• 机器人TIG焊接

  • 技术现状： 六轴或更多轴的工业机器人搭载TIG焊枪，通过示教或离线编程实现复杂轨迹的自动化焊接，在汽车底盘、摩托车车架、不锈钢制品等领域应用成熟。
  • 研究重点：
    • 焊缝跟踪技术： 这是实现全自动化的关键，主流技术包括：
      • 接触式跟踪： 结构简单，但易磨损,不适用于复杂焊缝。
      • 电弧传感： 利用电弧自身特性（电压、电流）跟踪焊缝中心，实时性好，抗干扰能力强,是TIG焊接中最具潜力的跟踪技术之一。
      • 激光视觉传感： 通过激光扫描获取焊缝的精确三维轮廓，精度最高，适用性广,但成本也较高。
    • 路径规划与离线编程： 基于CAD模型，自动生成无碰撞、最优的焊接路径和工艺参数,缩短编程时间。

• 智能化与数字化TIG

  • 技术现状： 将先进的传感器、控制系统与人工智能算法相结合,实现TIG焊接的自适应控制。
  • 研究现状：
    • 熔池视觉监测： 使用高速摄像机采集熔池动态图像，通过图像处理和深度学习算法，实时分析熔池宽度、长度、面积等特征,实现对熔池状态的监控。
    • 专家系统与自适应控制： 建立焊接工艺参数（电流、电压、速度、送丝速度）与焊缝质量（熔深、余高、气孔）之间的数学模型，系统根据实时监测到的熔池状态，自动调整焊接参数，以补偿工件装配间隙、错边、热变形等扰动,保证焊接质量的稳定性。
    • 数字孪生： 构建TIG焊接过程的虚拟模型，通过实时数据驱动，在虚拟空间中模拟、预测和优化焊接过程,为实际生产提供指导。

新材料与特殊工况下的TIG焊接研究

• 异种材料连接： 如钢/铝、钛/钢、陶瓷/金属等，研究重点在于控制界面脆性金属间化合物（IMC）层的生成，通过中间层、特殊坡口设计、精确热输入控制等方法提高接头性能。
• 难熔金属焊接： 如钨、钼、铌及其合金，研究难点在于其高温强度高、导热系数大、易氧化，需要采用高纯度惰性气体保护、特殊电源波形（如脉冲TIG）以及预热和焊后热处理等工艺。
• 水下湿法TIG焊接： 虽然难度极大，但在海洋工程、管道维修等领域有应用前景，研究重点包括水下电弧物理特性、气泡行为、压力对焊缝质量的影响以及专用焊剂和设备。

第二部分：TIG焊接技术发展趋势

展望未来，TIG焊接技术将深度融合信息技术、新材料技术和先进制造技术,呈现以下发展趋势：

智能化与自主化

• 从“自动化”到“自主化”： 未来的TIG焊接系统将不仅仅是执行预设程序，而是具备感知、决策和自主调整能力，通过集成多传感器（视觉、声学、光谱、热像等），系统能够实时“感知”焊接全过程，并利用AI算法（如机器学习、强化学习）自主优化工艺参数，应对复杂多变的工况，实现“免示教”或“少示教”的自主焊接。
• 数字孪生与虚拟调试： 在投产前，通过数字孪生技术对整个焊接生产线进行虚拟调试和工艺优化，预测并解决潜在问题,大幅缩短产品研发周期和生产线建设周期。

高效与精密的深度融合

• 复合热源技术： 将TIG电弧与其他热源（如激光、等离子弧、激光-电弧复合）进行更深层次的融合，激光-TIG复合焊可以结合激光的深熔能力和TIG的桥接能力和优异的冶金性能，实现从薄板到厚板的高效、高质量连接。
• 超窄间隙TIG焊接： 针对厚板（>50mm），采用U型或I型窄坡口，配合高效热丝TIG技术，实现单道多层焊接，极大减少填充金属量和焊接变形,是厚板焊接的未来方向之一。

绿色化与节能化

• 节能电源技术： 采用更高效率的逆变电源拓扑结构（如IGBT、SiC、GaN功率器件）,降低焊接过程中的能量损耗。
• 绿色焊接工艺： 开发低烟、低毒、无污染的活性剂；研究如何通过精确控制热输入来减少焊接烟尘和有害气体的产生；优化气体保护系统，提高气体利用率,减少惰性气体的消耗。

新材料与新工艺的拓展

• 增材制造与TIG结合： TIG焊接可以作为金属增材制造（如WAAM - Wire Arc Additive Manufacturing）的热源，用于大型金属构件的近净成形制造，TIG将与增材制造技术更紧密地结合，形成“增材-减材”复合制造新模式。
• 极端环境焊接技术： 随着深海、深空、核聚变等极端工程的发展，将催生对高真空、超高压、强磁场等特殊环境下TIG焊接技术的需求，