活性剂增加铝合金交流FZ-TIG焊熔深机理

针对铝合金材料提出一种新型活性TIG焊,即分区活性TIG(FZ-TIG)焊,可同时保证焊缝熔深显著增加和焊缝成形良好.利用氦气保护钨极电弧焊观察电弧行为变化,通过分析电弧电压随弧长的变化规律研究活性剂影响电弧的方式,采用焊缝偏移试验分析活性剂对导电通道电阻的影响,进行焊缝表面焊渣X射线衍射分析和热力学计算,分析活性剂与表面氧化膜或熔池金属之间可能的化学反应.通过以上试验研究铝合金交流FZ-TIG焊中活性剂增加熔深的机理,得出活性剂强烈收缩电弧弧根和弧柱是SiO2+FZ108活性剂增加铝合金交流FZ-TIG焊熔深的主要机理.     

LY12硬铝合金TIG与A—TIG焊接接头组织和熔深的研究

针对Al-Cu—Mg系共晶型高强度LY12硬铝合金,进行了TIG与A—TIG焊接接头组织特征和熔深变化规律的研究。结果表明,在相同焊接规范下,TIG与A—TIG焊接接头焊缝区金相组织均为树枝状晶,热影响区金相组织均为等轴晶,差别在于A—TIG焊接接头组织晶粒较粗大。高倍显微镜下的金相组织显示,A—TIG焊缝区和热影响区中强化相数量比TIG焊多,且比TIG焊粗大。另外由于活性剂的加入,电弧产生收缩,热量集中,使得A—TIG焊熔深比TIG焊大。     

双频调制脉冲TIG打底焊电弧-熔池行为分析

为提高中厚板核容器焊接制造效率、质量稳定性及满足无衬板打底单面焊双面成形的工艺新要求,设计小角度、大钝边Y型坡口平板对接焊接结构,建立双频调制脉冲TIG焊接试验控制系统,开展多组低频脉冲和双频调制脉冲焊接工艺对比试验,获得坡口角度60°、钝边5mm的试板对接可靠打底单面焊双面成形焊缝。进一步研究分析双频调制脉冲电弧、熔池动态行为变化及熔池表面温度场的演化规律,探究讨论双频调制脉冲电流作用下焊缝熔深增加的原因。结果表明,双频调制脉冲电弧因高频脉冲电磁压缩作用具有更高的能量密度和更强的电弧穿透力,使熔池底部极易形成液态金属薄膜并穿透形成熔孔;同时,双频调制脉冲电弧减弱了熔池顶底部液态金属能量波动,增强熔池热惯性,有效降低熔池凝固速率,增加了焊缝熔深,为熔池单面焊双面成形提供良好的热力动态平衡条件。     

TIG-MIG双面对称焊焊缝成形机理研究

就纯铝中薄板,通过单面TIG、MIG和TIG-MIG双面对称焊工艺试验对比,利用ANSYS有限元计算软件进行了TIG-MIG双面对称焊熔池的数值模拟,研究了TIG-MIG双面对称焊的熔池特征及焊缝成形规律。研究表明,TIG-MIG双面对称焊的热源静态累积效应和动态热阻效应使得此焊接方法熔深大大增加,TIG、MIG熔池在焊接过程中发生交汇并在电弧力、熔池表面张力和重力等作用下达到平衡,并由此形成焊缝反面成形。TIG-MIG交汇熔池的稳定性决定焊缝的反面成形特征。     

表面活性剂对TIG焊电弧现象及焊接熔深的影响

在变动焊接电流下检测电弧电压,考察A-TIG焊电弧收缩及活性剂的影响。采取适当的试验方法研究A-TIG焊活性剂对电弧现象及活性剂涂敷量对焊接熔深增加的作用。结果表明,A-TIG焊电弧是否产生收缩与所使用的活性剂有关,即使在电弧未产生收缩情况下,表面活性剂仍然对焊接熔深的增加有较大的作用。     

活性剂增加铝合金交流A-TIG焊熔深机理研究

采用多组元活性剂AF305进行铝合金交流A-TIG焊时,熔深达到传统TIG焊的3倍以上。进行了交流、直流正接和直流反接A-TIG焊,发现极性不同时活性剂对熔深的影响也不同。研究了强制电弧收缩对交流焊熔深的影响,发现弧根整体收缩并不是AF305增加交流A-TIG焊熔深的主要机理,熔深显著增加主要与焊渣成片分布有关。对焊渣进行了SEM形貌观察和EDS成分分析,并采用氦弧焊证实了焊接过程中焊渣在熔池表面成片分布,电弧斑点极大收缩。向AF305活性剂中添加铝粉改变焊渣分布,研究焊渣分布与熔深的关系,证实了焊渣成片分布能增加焊接熔深。认为焊渣成片分布使得电弧斑点极大收缩,斑点压力以及电弧和熔池内的Lorentz力增强,最终焊接熔深显著增加。     

活性电子束焊接法研究

研究了表面活性剂在电子束焊中的行为,结果发现使用活性剂可以使电子束焊的熔深增加。在研究单一活性剂对焊接熔深影响规律的基础上,研制了由SiO、TiO2和Cr2O3等组成的不锈钢电子束焊活性剂,可使散焦电子束焊接熔深增加2倍多,焊缝表面成形良好。使用活性剂后,聚焦电流和束流对电子束焊熔深增加有较大影响。分析电子束焊熔深增加的原因认为:一方面,活性剂改变了熔池金属的表面张力梯度,使熔池金属的流动方向发生了改变,因此电子束焊熔深增加,焊缝变窄;另一方面,涂层物质的熔点较高,它的存在减小了电子束熔化母材的区域。在以上试验和分析的基础上提出了活性电子束焊的概念。     

不锈钢AA-TIG焊接法

针对不锈钢,提出一种新型活性TIG焊方法——电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊。采用CO2+Ar作为小电流钨极电弧的保护气体进行单弧AA-TIG焊,分别研究小电流钨极电弧和正常TIG焊工艺参数对焊缝熔深的影响,并针对试验范围内的最佳焊接规范研究不锈钢AA-TIG焊的焊缝成形、焊缝显微组织、化学成分和焊缝性能。采用AA-TIG焊可以单道焊透10mm厚的不锈钢板材,单面焊双面成形。与传统TIG焊相比,焊缝组织和化学成分几乎没有变化,焊缝的耐Cu/CuSO4腐蚀性能和低温冲击韧度都满足相关标准要求。     

薄壁不锈钢管列置双TIG电弧高速焊接工艺

单钨极惰性气体保护焊(Tungsten inert gas,TIG)是目前工业用薄壁不锈钢管主要生产工艺,但其存在生产效率低的问题。针对高速TIG焊出现的驼峰焊道、咬边等焊缝表面成形缺陷产生的原因,提出列置双TIG电弧高效节能焊接新工艺。试验结果表明,采用双TIG电弧高效焊接新工艺,48 mm×1.2 mm和42 mm×1.5 mm两种规格的409L铁素体不锈钢管在获得良好焊缝成形的条件下焊接速度分别可达5.1 m/min和3.2 m/min;与单TIG焊接生产工艺相比,生产效率分别提高了240%和140%,能耗也分别降低44%和29%。两种规格铁素体不锈钢管膨胀率分别达到14.1%和33.7%,高于单TIG电弧焊的11.2%和21.4%,满足生产要求。分析表明,辅助TIG电弧加热主TIG电弧熔池后部堆积的液态金属,从热和力两方面延长熔池存在时间、促使液态金属回流填平主TIG电弧产生的熔池凹陷,从而有效抑制驼峰焊道和咬边的产生,在高速焊接条件下获得良好的焊缝成形,实现薄壁不锈钢管优质高效节能的焊接生产。     

TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响

根据毕奥-萨伐尔定律,对惰性气体钨极保护-熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas-metal inert gas,TIG-MIG)复合焊TIG-MIG电弧间相互作用模型进行改进;结合不同倾斜电弧下电流密度分布的自适应模型,建立TIG-MIG复合焊的电弧力-热模型。对不同焊接电流下TIG-MIG复合焊电弧倾角展开计算,分析复合焊电弧间相互作用力对工件上热流密度分布和焊缝成形的影响,发现两电弧之间存在的排斥力能够增加TIG电弧的垂直度,从而提高TIG电弧热流密度,同时MIG电弧是影响TIG-MIG复合焊焊缝成形的主要因素。研究复合焊焊枪间距和两焊枪的前后位置对焊接过程的影响,发现TIG焊枪在前、MIG焊枪在后的方式更有利于焊接过程稳定。计算结果与试验结果的对比表明,所建立的模型能够较好地描述TIG-MIG复合焊接物理过程,这对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义和实际应用价值。