本课题以实验室开发的GPCA-TIG焊这一优秀的活性焊接方法为基础,引入填充金属,搭建填丝焊接平台,进行SUS304奥氏体不锈钢GPCA-TIG活性填丝焊接,此外,将高速摄影平台同填丝活性焊接过程相结合,实现焊接过程实时的图像采集,探索填丝活性焊工艺特点,深入研究焊丝熔化过渡行为。这对于推广GPCA-TIG活性焊接方法的实际应用及其机理研究具有较大的意义。首先设计并制作了适用于填丝GPCA-TIG焊枪的送丝夹具,外连自动TIG焊送丝机,使填丝GPCA-TIG焊接方法成为可能。然后进行初步试焊,确定了后期工艺试验的一些基本参数。试焊结果表面,在填丝GPCA-TIG焊接工艺过程中,送丝方位对焊缝表面成形有着很大的影响,后置送丝时,焊缝成形极不均匀,焊丝熔化不充分,焊道极易被焊丝划伤;采用前置送丝时,焊缝成形均匀美观。氧气流量定为4L/min以内,为了保证焊接过程的稳定性,电弧弧长定为4mm。然后,选用SUS304不锈钢作为试验板材,进行了填丝GPCA-TIG焊接试验,采用控制变量法,研究了焊接电流、焊接速度、送丝速度,内外层气体种类及流量等对奥氏体304不锈钢填丝GPCA-TIG焊焊缝成形的影响规律。试验结果表明,填丝GPCA-TIG焊中,焊接电流在140~180A范围内时,焊缝熔深随电流增加而增加,继续增大电流,焊缝熔深开始急剧减少。试验所得最佳电流值为180A。焊接速度增大,焊缝熔深逐渐下降。试验所得最佳焊接速度值为40mm/min送丝速度对焊缝的熔深和余高影响较大,随着送丝速度的增加,焊缝的熔深逐渐减少,余高逐渐增加。内外层气体只有调整到合适的比例才能得到窄而深的焊缝。试验所得最佳的内层保护气体流量为10L/min,外层氧气流量为1L/min。外层气路氮气的引入量在1L/min时,焊缝熔深略有减少,继续增大氮气流量,焊缝熔深开始显著降低。采用填丝TIG焊工艺,单道可以焊透8mm厚的304不锈钢板,而同样参数的TIG焊熔深仅为2.3mm左右。填丝GPCA-TIG焊的电弧电压略高于填丝TIG焊,电弧并没有明显收缩现象,电弧收缩不是填丝GPCA-TIG焊熔深显著增加的主要原因。随后,选用填丝GPCA-TIG焊接试验中的典型试样,对其进行铁素体含量分析,氮氧分析,OM/SEM观测,拉伸,低温冲击以及耐腐蚀性能,系统地研究填丝GPCA-TIG焊试样的组织性能特点。填丝GPCA-TIG焊焊缝表面存在着一层较薄的氧化层,厚度约为11.65~19.25μm。填丝GPCA-TIG焊焊缝组织主要由奥氏体和骨架状铁素体组成。外层只引入氧气时,相比填丝TIG焊焊缝组织,组织有所粗化;而外层引入氮氧混合气体时,焊缝组织有所细化。外层气路中只通入氧气时,填丝GPCA-TIG焊缝的抗拉强度及屈服强度均略低于填丝TIG焊缝;而外层引入氮氧混合气体时,其屈服强度高于填丝TIG焊38MPa,抗拉强度略有增加。外层气路中只通入氧气时,填丝GPCA-TIG焊缝的低温冲击韧性数值明显低于填丝TIG焊缝,但是仍然可以达到其的83%;而外层引入氮氧混合气体时,焊缝冲击韧性有明显改善,冲击韧性略强于填丝TIG焊。外层气路中只通入氧气时,填丝GPCA-TIG焊缝的电化学耐腐蚀性能略低于填丝TIG焊缝;而外层引入氮氧混合气体时,填丝GPCA-TIG焊缝的电化学耐腐蚀性能有所上升,略高于填丝TIG焊缝。最后,采用高速摄影平台,对焊接过程中的影像进行实时采集,深入研究填丝GPCA-TIG焊的焊丝熔化过渡行为及其对焊缝成形的影响规律。试验结果表面,填丝GPCA-TIG焊主要有两种熔滴过渡形式——滴状过渡和搭桥过渡,滴状过渡时,氧气的引入可以有效地减少熔滴临界过渡直径,焊缝中氧含量较高并且熔深较深,在焊接电流180A,焊接速度60mm/min,送丝速度90cm/min的参数条件下,可以被直接焊透8mm试板;搭桥过渡时,焊缝氧含量较低,焊缝成形较均匀美观,但是熔深有所下降,同样的参数条件下,熔深只能达到6.21mm左右。