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镁合金薄板焊接工艺及弧长控制

苗玉刚  
【摘要】:镁合金具有重量轻、比刚度比强度高、阻尼性好以及可回收利用等优点,被誉为21世纪绿色工程材料,在汽车、摩托车、航天航空等领域有广泛的应用前景。镁合金结构件的广泛应用,必将面临连结问题,焊接将是一种优选的连结方法。 为深入认识变形镁合金TIG焊接头组织与性能,探索提高镁合金熔焊接头性能的有效途径。在AZ31镁合金TIG焊工艺试验的基础上,使用拉伸试验机、光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针、显微硬度仪等现代分析测试手段,对AZ31镁合金TIG焊接头的力学性能、组织特征、断口形态、相组成、接头区的成分分布等进行了深入的研究分析。结果发现,与母材组织相比,焊缝区晶粒明显细小,为细小的等轴晶组成;热影响区的晶粒明显粗大,是接头断裂的危险区。进一步研究发现焊接热输入是决定焊接接头组织和性能的主要原因之一,在保证焊透的基础上,随焊接热输入的降低,接头组织晶粒变细,热影响区宽度变窄,接头组织明显改善,力学性能得到了提高。 为适应工件表面形状的变化,对镁合金薄壁件焊接过程进行有效的质量控制,在研究镁合金薄板TIG焊过程弧压-电流-弧长关系的基础上,提出了一种基于弧压、电流与弧长间的关系模型来准确控制弧长的技术,同时结合PID和Fuzzy控制的原理,设计了一种自适应ALC(Automatic Length Control)控制器,并建立了相应的弧长跟踪系统的软、硬件。焊接试验表明,设计的自适应ALC控制系统,突破了常规AVC(Automatic Voltage Control)系统不能在小电流和收弧期间工作的局限,成功实现了镁合金薄板和弓形件在TIG焊过程中的弧长跟踪控制问题,得到了成型较好的焊缝,且动态精度高、稳定性好。 本文还对镁合金交流TIG焊过程中高频干扰问题进行了分析,采用隔离、频蔽、接地等措施对高频干扰进行抑制,取得了较好的效果;同时设计了以正半波电弧电压作为弧长反馈信息的弧压采样电路,试验结果表明该采样电路能够很好地反映出镁合金焊接过程中的弧长变化。


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