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铝合金超声-TIG焊接工艺及超声作用效果研究

王帅  
【摘要】: TIG焊是应用最为广泛的铝合金焊接方法,可以实现高品质焊接,得到优良的焊缝成形,但是单道熔深浅、焊接效率低。超声-TIG焊接方法可以有效弥补普通TIG焊的不足,可以引起电弧收缩,能量集中,进而提高焊接效率。为了发掘此方法在铝合金焊接中的优势,本文针对铝合金焊接的特点对超声复合焊接系统进行改进,对焊接工艺进行了深入的研究,并分析其对焊缝组织性能以及缺陷的影响。首先针对铝合金焊接,对超声发生系统的变幅杆、冷却机构及钨极连接方式进行了改进,从而使超声复合焊接系统满足铝合金直流及交流焊接的要求,改进后的系统具备良好的稳定性及实用性。 试验研究了直流氦弧铝合金焊接工艺。首先分析了不同电弧长度、发射端高度对焊缝深宽比的影响,实验结果显示当电弧长度与发射端高度匹配良好时,与普通TIG焊相比,U-TIG焊可以明显增加焊缝的深宽比,从而实现了在较小的焊接规范下实现熔透。其次对焊缝微观组织进行了分析,结果表明U-TIG焊焊缝区晶粒更细小,超声具有将粗大的柱状晶转变为细小的带状或等轴晶的作用,而且使焊缝成分分布更加均匀。 进行了交流氩弧铝合金焊接工艺的研究。在平板堆焊试验中,发现随着焊接电流、电弧长度的改变,超声的作用效果也随之改变。采用匹配良好的工艺参数进行了2219铝合金板的对接试验,结果证明了超声-TIG焊可以在更小的规范下实现单面焊双面成形。相同工艺下,超声-TIG焊缝中心出现较大区域的等轴晶,焊缝熔合区宽度减小,热影响区、焊缝区成分分布也更加均匀。通过对比分析焊接裂纹,发现超声-TIG焊可以有效地防止焊接裂纹的产生。针对焊接气孔,发现当采用中等弧长及较小焊接电流时,超声-TIG有助于减少焊缝中的气孔。力学性能测试显示,超声-TIG焊接接头抗拉强度高于普通TIG焊。 初步探讨了超声-TIG电弧收缩的原因,并提出了两种作用机制:声流力及流体冷却压缩机制。根据实验结果,阐述了超声对焊缝中气孔的不同作用,初步分析了熔池中的声流力对焊缝中气孔的影响。


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