铝/钢PP-GMA熔-钎焊接电弧稳定性与焊接质量研究

摘要

由于铝与钢之间固溶度小、物理性能及力学性能差异大以及易形成脆硬的金属间化合物，普通的熔焊是不可取的。为了实现铝/钢的优质高效焊接，采用MIG电弧熔-钎焊接方法。然而，目前的研究大多集中于铝/钢单脉冲MIG熔-钎焊接，对于双脉冲MIG熔-钎焊接过程研究较少。
　　本文建立了铝合金/不锈钢脉冲MIG电弧熔-钎焊接系统，主要讨论了脉冲参数对电弧形态、熔滴过渡、焊缝成形及力学性能的影响。同时开发出一套适合评价脉冲MIG电弧熔-钎焊接过程稳定性的方法。
　　结果表明，双脉冲由高能量脉冲和低能量脉冲组成，对于高低能量脉冲，双脉冲频率对电弧形态和熔滴过渡行为有着显著的影响。然而，对于低能量脉冲，该影响不显著。当双脉冲频率为5 Hz左右时，由高低能量脉冲交替造成的电弧力变化和熔滴撞击共同引起的熔池外部振动频率与其内部固有振动频率相接近，因此熔池强烈地振动，接近于共振。这种振动导致接头中形成细小、均匀的等轴晶组织以及较薄的钎焊界面层，最终使得接头力学性能较高。
　　铝合金/不锈钢异种金属接头由三部分组成：熔融铝合金与填充焊丝形成的焊缝、钎焊界面层和固态不锈钢。接头钎焊界面层的厚度范围为5-9μm，而且钎焊层越薄，接头力学性能越高。当双脉冲频率小于或等于5.3 Hz时，接头断裂在6061铝合金热影响区，最高拉剪强度为117.4 MPa，达到了铝合金母材拉伸强度的94.7％。当双脉冲频率大于5.3 Hz时，接头断裂在钎焊界面层，其接头强度较低。
　　尽管MIG电弧熔-钎焊为连接铝合金和不锈钢提供了较大的可能性，但是其焊接过程仍然难以定量测量和控制。双脉冲可应用来提高单脉冲MIG电弧熔-钎焊接过程的稳定性。从时域和频域角度对焊接电压和电流信号进行计算来评价焊接过程的稳定性，结果表明双脉冲MIG电弧熔-钎焊远比单脉冲MIG电弧熔-钎焊稳定。验证试验表明，单脉冲MIG熔-钎焊接熔滴过渡模式主要为一脉一滴和一脉多滴的混合过渡；对于双脉冲MIG熔-钎焊接，高能量脉冲下熔滴过渡模式为一脉一滴和少量的一脉两滴，低能量脉冲下熔滴过渡模式在整个焊接过程中保持为一脉一滴。双脉冲条件下的焊缝成形和力学性能均比单脉冲条件下的好。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的来源和研究意义

1.2 国内外铝/钢异种金属焊接方法研究状况

1.3 焊接过程稳定性国内外研究现状

1.4 本课题研究目的和内容

第2章 试验材料、设备及步骤

2.1 试验材料

2.2 铝合金/不锈钢GMAW-PP熔-钎焊接系统

2.3 试验方法及步骤

2.4 本章小结

第3章 脉冲MIG熔-钎焊的电弧形态及熔滴过渡

3.1 AMPS配合送丝速度对电弧形态的影响

3.2 双脉冲频率对电弧形态和熔滴过渡的影响

3.3 单双脉冲MIG熔-钎焊接电弧形态对比

3.4 本章小结

第4章 焊缝形貌和力学性能

4.1 双脉冲频率对焊缝宏观形貌的影响

4.2 双脉冲频率对焊缝微观形貌的影响

4.3 双脉冲频率对焊缝力学性能的影响

4.4 本章小结

第5章 脉冲电弧熔-钎焊稳定性评价方法研究

5.1 脉冲输出模式相同时的焊接稳定性比较

5.2 不限脉冲输出模式的焊接稳定性评价方法

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

发表论文

参与的科研项目

致谢