不同铝合金材料及薄壁铝合金管超声TIG复合焊工艺性能研究

摘要

本课题组前期搭建超声-TIG焊接系统,得到了良好的焊接效果。研究结果表明了超声交流TIG复合焊不但可以改善铝合金焊缝的质量,还能提高焊接生产效率,是一种很有发展前景的焊接方法。为了更进一步探究超声在铝合金焊接过程中的作用,本课题针对LD10、LF6、ZL114A三种铝合金进行焊接,分析超声在不同铝合金材料焊接中的影响有何差异;推导空化泡在超声作用下的运动规律,分析超声对焊缝中气孔的影响规律,初步探索超声空化效应的除气机理。在以上研究的基础上将超声TIG复合焊应用到薄壁铝管焊接过程中,对小直径薄壁铝合金管超声TIG复合焊组织性能进行研究和探讨。
　　利用超声TIG复合焊焊接系统,针对铝合金中具有代表性的LD10、LF6及ZL114A三种材料进行焊接,探究每种材料超声TIG复合焊接接头与普通TIG焊接接头组织与性能的差别。结果表明:加入超声后焊缝的熔深增加,熔宽减小,焊缝中组织细化,力学性能最大可提高12％左右,同时第二相的形态和分布也有所改善。由于每种铝合金材料各具特性,因此在交流TIG焊接过程中面临的问题也各不相同。LF6铝合金由于Mg元素发射电子能力较弱,易在焊接过程中出现断弧现象;ZL114A中Si元素含量高,同其它铝合金相比流动性好,熔点低。常规交流TIG焊所得焊缝中易出现受热以及成分不均而分层的现象;LD10和ZL114A对氢气孔较敏感。这些问题在加入超声后有明显改善。
　　气孔缺陷是铝合金焊接时面临的主要问题,本课题通过试验分析了超声对焊缝中气孔的影响规律。从结果可以看出,在加入超声后,焊缝中气孔数量明显减少甚至消失。在此基础上对超声空化作用的除气机理进行探究:超声作用下金属熔体中产生空化泡核,在空化作用下空化泡核不断振荡甚至崩溃,最终聚集成大气泡逸出。同时超声的空化作用改变了熔池中的氢浓度梯度、压力梯度及温度梯度,在这些作用的共同影响下熔池中气体更加容易逸出。
　　利用以上研究内容对小直径薄壁铝合金管超声TIG复合焊焊缝的组织性能进行研究。试验结果表明:加入超声后,薄壁管焊缝成形更加美观,同时焊缝力学性能由150MPa提高到170MPa,提高了约15%。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 超声对铝合金熔体的影响

1.3 功率超声在焊接领域中的应用

1.4铝合金焊接时存在的问题

1.5 课题主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第3章 不同铝合金超声TIG复合焊

3.1 LD10超声TIG复合焊工艺性能研究

3.2 LF6超声TIG复合焊工艺性能研究

3.3 ZL114A超声TIG复合焊工艺性能研究

3.4 本章小结

第4章 超声对焊缝中气孔影响

4.1 超声对焊缝中气孔的影响

4.2 气孔的形成机理

4.3 超声除气机理分析

4.4 本章小结

第5章 薄壁铝管超声TIG复合焊

5.1 焊接平台

5.2 焊前准备

5.3成形及性能对比

5.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢