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《山东大学》 2019年
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6061-T6铝合金高频脉冲辅助方波交流TIG焊研究

王亚洁  
【摘要】:交流TIG焊是铝合金主要的焊接方法之一。然而,这种焊接方法熔深浅、生产效率较低,而且焊缝接头中容易产生气孔、热裂纹和软化等焊接缺陷。为了解决这些问题,高频脉冲交流TIG焊工艺受到了越来越高的重视。然而,高频脉冲交流TIG焊的应用受到焊接电源容量的限制。因此,本文采用在常规方波交流基础上,叠加频率大于10kHz的高频脉冲电流的方式进行6061Al厚板TIG焊工艺研究。首先,基于板厚为6mm的6061-T6铝合金平板,开展一系列高频脉冲辅助交流TIG平板堆焊实验。分析高频脉冲参数对电弧形态的影响规律,探究具体的焊接参数(高频脉冲电流频率、方波交流TIG焊接电流与高频脉冲电流的电流匹配关系、高频脉冲电流占空比)对焊缝成形及组织性能的影响规律。在焊接过程中,利用自主开发的“电参数-图像同步采集系统”对焊接过程的焊接电流、电弧电压、电弧形态等进行实时采集,采用电弧压力测试装置测试电弧压力,对焊后焊缝横断面的宏观缺陷和微观组织形貌分析。实验结果表明,相比常规交流TIG焊,高频脉冲的加入,电弧轮廓更为集中,稳定性和挺度明显提高;焊缝气孔率显著降低,焊缝成形良好。大幅度优化了焊接工艺参数,分别得到了板厚为6mm的6061-T6铝合金平板最大熔深、最低气孔率、最小晶粒尺寸和最高电弧挺度的最优焊接工艺参数区间:高频脉冲频率为30kHz~40kHz,高频脉冲电流幅值为80A~105A,高频脉冲占空比为50%。在最优焊接工艺参数区间内,电弧宽度收缩约10%,电弧压力提升约91%,焊缝熔深提高90%以上(熔深从3.12mm增深至6mm),焊接气孔率可降低82%,焊缝晶粒尺寸细化37.21%。此外,发现高频脉冲对熔深的增大作用还受到熔深相对于板厚比例的影响,只有焊缝熔深达到板厚约一半时,高频脉冲对熔深的增深效果才会显著,并随着高频脉冲电流幅值的增大而增大。在同等焊透的情况下,相比常规交流TIG焊工艺,高频脉冲辅助交流TIG焊工艺至少可节约20A等效焊接电流的能量。利用最优焊接工艺参数区间的焊接参数,开展了 6mm板厚的6061-T6铝合金平板对接接头填丝焊接实验,对焊接过程中的熔池流动进行高速摄像机拍摄分析,对焊后对接接头的显微硬度和抗拉强度进行力学性能对比分析,并对焊接对接接头的横断面宏微观组织形态特征进行了分析。通过对比常规交流TIG焊工艺,高频脉冲辅助交流TIG焊工艺的焊缝成形更为良好,接头组织分布更为均匀,焊缝区晶粒明显细化,热影响区减小,对接头塑性和强度及硬度的提高具有明显的效果。实验结果表明,相比常规交流TIG焊,高频脉冲电流可使焊接接头(热影响区)的强度、硬度、塑性分别提高8.5%、22.6%、19.8%,焊缝区的强度、硬度、塑性分别提高6.1%、22.7%、50.8%。研究结果表明,高频脉冲电流辅助方波交流TIG焊具有工艺参数调节方便、接头质量好、焊接效率高等明显的优势。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TG457.14

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