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铝合金A-TIG焊活性剂成分设计研究

杨刚  
【摘要】:铝合金由于其密度小、强度高、耐腐蚀等优点,在航空航天、船舶车辆、电力电子等行业得到日益广泛的应用。交流TIG焊是铝合金常用的焊接方法之一,但因其单道焊接熔深浅,熔敷率低,有时还需要进行预热等工艺措施,从而增大了焊接施工难度和焊接成本,降低了焊接效率。一种新型焊接方法A-TIG焊日益受到人们重视,它通过在传统TIG焊前将很薄的一层表面活性剂涂覆在施焊板材表面可使焊接熔深显著增加。因而本课题将A-TIG焊接方法引入铝合金的焊接中,进行活性剂配方设计研究。 本课题针对6061铝合金材料,在单一成分活性剂焊接试验基础上初步选择6种单一成分活性剂作为复合配方的基本组分,利用均匀设计法进行活性剂配方成分设计,研制出铝合金用高效活性剂。并针对此活性剂研究焊接电流、焊接速度、电弧长度及涂覆厚度对焊缝熔深的影响,并通过高速摄影和光谱分析对活性剂增加焊缝熔深机理进行了较为系统的研究。 试验结果表明:涂覆氧化物TiO2、Cr2O3、Al2O3、MnO2、MgO及卤化物CaF2进行焊接时的焊缝表面成形较好,而涂覆SiO2、NaCl、NaF、MnCl2和BaCl2这几种活性剂时焊缝表面成形较差。SiO2活性剂能大幅增加焊缝熔深而熔宽增加不大,TiO2和Cr2O3活性剂对焊缝熔深增加效果较明显,其熔深增加的效果随电流的波动变化较小,当电流超过140A时,MnCl2和BaCl2活性剂熔深增加效果也很明显,其它则增加效果不明显。 通过配方均匀设计试验,得出混合配方中各单组元活性剂最佳成分范围,并通过过优化设计和反复试验调整研制出最佳配方YG304,其焊缝熔深能达到常规TIG的3倍以上。焊接工艺试验表明,同一焊接参数条件下A-TIG焊接熔深远大于常规TIG焊。 高速摄影发现当活性剂为TiO2、Cr2O3、MnO2、MnCl2时电弧有一定收缩,而活性剂为SiO2和BaCl2时电弧出现扩展迹象,其它活性剂则电弧收缩不明显。通过观察焊接过程电压变化,认为由电弧、活性剂和熔池构成的导电通道电阻对焊缝熔深影响较大,活性剂可能是通过改变导电通道电阻进而改变电弧热输入从而影响焊缝熔深。通过对比分析TIG焊与A-TIG焊电弧光谱,认为A-TIG焊熔深增加的原因可能在于活性剂中各阳离子Si4+、Ti4+、Cr3+等与Ar电弧中电子复合,从而增大电弧温度和电弧力并最终增加熔深,并且由于各阳离子物理性能不一样而使增加效果不同。


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