铝合金超声-TIG焊接工艺及超声作用效果研究

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。

目录

铝合金超声-TIG焊接工艺及超声作用效果研究

RESEARCH ON WELDING PROCESS AND EFFECT OF ULTRASONIC IN ULTRASONIC-TIG WELDING OF ALUMINUM

摘 要

Abstract

第1章绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2铝合金焊接方法

1.3功率超声在焊接中的应用

1.4 课题主要研究内容

第2章试验设备、材料及方法

2.1 超声-TIG复合焊接系统的改进

2.2 试验材料的选择

2.3 试验方法

2.4 本章小结

第3章直流焊接铝合金时超声作用效果研究

3.1 工艺参数对深宽比的影响

3.2 焊接工艺研究

3.3 本章小结

第4章交流铝合金焊接超声作用效果研究

4.1 平板堆焊试验

4.2 平板对接试验

4.3 焊接缺陷

4.4 力学性能

4.5 本章小结

第5章超声作用机理研究

5.1 现阶段超声对传播介质作用理论

5.2 超声-TIG电弧收缩机制

5.3 超声对气孔的影响

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢