活性焊接方法从问世以来,以其能大幅增加焊接熔深,提高焊接生产效率等优点受到人们的重视,对于活性焊接法的研究主要集中在活性焊接材料的开发与应用、新型高效活性焊方法的研究以及活性焊接增加熔深机理的研究等方面。耦合电弧AA-TIG焊(Coupled Arc assisted Activating TIG Welding)是在A-TIG焊的基础上提出的,该方法采用双把焊枪进行耦合电弧AA-TIG焊。在焊接方向上,TIG主电弧在后,辅助电弧在前,采用Ar+O2作为辅助电弧保护气体引入活性元素氧,可获得深而窄的焊缝。相比于A-TIG焊而言,耦合电弧AA-TIG焊不但省去了活性剂的开发研制以及涂覆工序,而且可以实现机器人高速焊接,使焊接效率明显提高。为了研究耦合电弧AA-TIG焊中O元素的过渡行为,分析熔深增加的深层次机理,本文选用SUS304奥氏体不锈钢(OCr18Ni9)作为母材,辅助电弧采用Ar+02作为活性保护气体进行了双枪耦合电弧AA-TIG焊试验。首先研究了辅助电弧以及TIG主电弧工艺参数对耦合电弧AA-TIG焊缝熔深和熔宽的影响,获得了较佳的焊接工艺参数。然后进行了骤冷试验,并以背面水冷法骤冷的高温熔池为研究对象,对骤冷熔池试样进行AES线分析,对非骤冷焊缝试样进行SEM分析以及EPMA线分析和点分析,最终确定氧在骤冷熔池和非骤冷焊缝中的含量以及分布情况。最后根据骤冷熔池金属中氧的含量和分布分析了氧由电弧到熔池中的过渡过程,比较了耦合电弧AA-TIG焊与A-TIG焊熔池金属中氧元素分布和过渡过程的异同。焊接工艺试验结果表明,辅助电弧电流为70A,辅助电弧保护气体中氧流量为0.75L/mmin、氩气流量9.25L/mmin,辅助电弧弧长2mmm,辅助电弧钨极倾斜角度为70°,主电弧电流为160A,主电弧氩气流量12L/min,主电弧弧长3mm,主电弧钨极倾斜角度为115。,钨极间距3mm,焊接速度为90mm/min时焊接效果较佳,可以一次焊透8mm不锈钢板,且焊缝成形良好。通过对比表面气冷和背面水冷两种方法在不同时间点开始骤冷时的冷却效果,发现背面水冷法比表面气冷法的冷却效果好,且最佳的喷水冷却时间为熄弧前0.4s。耦合电弧AA-TIG焊与A-TIG焊时,骤冷熔池中的O都主要富集在表面。对于耦合电弧AA-TIG焊表面富集层的平均O含量,在熔池前部是中间位置的高,边缘位置的略低；在熔池中部中间位置和边缘位置相差不大；而在熔池后部,则是边缘位置的高,中间位置的低。O在熔池前部、中部和后部表面的分布范围分别为42μm、400μm、19μm。对于A-TIG焊时表面富集层的平均O含量,在熔池前部和中部都是边缘位置略高,中间位置的略低：在熔池后部是边缘位置和中间位置相差不大。氧在熔池前部、中部和后部表面的分布范围分别为33μm、42μm、19μm。这两种焊接方法下氧在熔池中的分布都是由氧的引入方式、熔池表面的温度分布、电弧力的作用以及熔池的流动形态等因素共同决定的。而氧的引入方式不同是影响这两种焊接方法熔池中氧元素含量和分布不同的根本原因。氧的引入方式影响熔池中氧元素的分布主要是通过影响熔池表面各个位置的氧分压,进而影响各个位置溶解氧的量。而各个位置温度分布影响熔池中氧元素的分布,主要是通过影响熔池表面各种氧化物分解、蒸发以及氧溶解的量。由于氧元素的引入方式不同,耦合电弧AA-TIG焊与A-TIG焊时活性元素O的过渡过程也不同。耦合电弧AA-TIG焊时,由辅助电弧引入的活性气体在电弧高温下被解离为原子[O],并吸附与熔池表面,进而与表面的Fe及合金元素Si、Mn、Cr等反应生成氧化物,合金元素氧化物向表面富集形成氧化层,而生成量最多的FeO由于能溶于液态Fe而向熔池内扩散,并在扩散的过程中将熔池金属内部与O亲和能力强的Mn、Si、Cr元素氧化,生成新的氧化物浮向表面,剩余的FeO则主要存在于与氧化层交界处的一薄层熔池金属内。而A-TIG焊时,氧化物是在电弧高温下分解,使电弧变为氧化性气氛,分解出的氧进而与Fe反应生成少量FeO,未分解的氧化物富集在表面形成氧化层,而FeO向熔池内扩散,最终主要存在于与氧化层交界处的一薄层熔池金属内。耦合电弧AA-TIG焊与A-TIG焊时活性元素氧向熔池过渡的过程有较大差别,但是共同点是都形成FeO向熔池内扩散,从而使表面张力温度系数由负变正,使熔深增加。本论文关于耦合电弧AA-TIG焊中氧元素过渡行为的研究,对于深入理解活性焊接中引入氧元素成倍增加熔深的机理,推动新型活性焊接方法的发展,具有较为重要的理论意义。