周期超声对铝合金TIG焊缝成形影响机制分析

超声可以影响铝合金TIG焊熔池结晶与焊缝成形,文中对超声场下铝锂合金TIG焊缝成形的机制进行了分析.文中分析了超声作用下焊缝宏观形貌及熔池上表面振动的变化,并通过有限元分析了超声对熔池流动的影响.周期超声使焊缝出现周期性的凸起,焊缝熔宽有变小趋势.超声使熔池上表面振动幅度增大,周期超声使熔池上表面产生周期性的振动.对焊缝周期性凸起产生的机制进行分析.结果表明,声流使熔池流动速度增大,熔池边缘熔体流动状态变化,熔池凝固后在熔池边缘产生凸起.周期超声周期性地影响熔池的流动及凝固,因此熔池边缘产生周期性凸起.     

光纤激光辅助TIG焊焊缝成形特点及影响因素分析

在活性焊接法研究的基础上提出了激光辅助TIG焊方法.焊前在氧气保护下采用小功率激光器熔化焊道表面,然后用常规TIG焊覆盖激光预熔焊道,从而可使熔深增加,熔宽减小.结果表明,激光预熔和未预熔焊道熔深、熔宽均随焊接电流的增加而增加,但激光预熔焊道熔深增加的更快;焊接速度的增加使激光预熔和未预熔焊道熔深、熔宽均减小;随激光功率增加,焊道熔深增加,熔宽减小;随预熔速度的增加,熔深先增大后减小,熔宽先减小后增大.综合最佳参数后可以得到焊缝熔深增加明显、焊缝表面成形良好的焊道,从而可以发展为一种新的活性焊接法.     

单电弧TIG焊咬边影响机理的数值模拟研究

避免咬边是提高焊接速度的关键问题.通过对TIG焊温度场进行数值模拟,找到TIG焊在不同焊接速度时熔池成形规律.研究表明:焊接熔池中熔宽最大的位置滞后于熔深最大的位置,影响咬边产生的关键在于动态深宽比.在对模型校核的基础上,从动态深宽比的角度分析了TIG高速焊接时的咬边问题,指出在焊接电流相同的条件下,随着焊接速度的提高,熔深和熔宽都将减小,但熔深减小更多,所以动态深宽比减小,熔池表面张力向内的合力增大,容易产生咬边.即使在保证熔深相同的前提下,随焊接速度的提高,熔池的动态深宽比也会越来越小,导致咬边倾向增加.     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

A-TIG焊接熔深增加机理

活性化氩弧焊(A-TIG)焊接方法与传统TIG焊相比,具有明显的熔深增加作用.模拟了Nimonic 263 A-TIG焊接流场温度场,并对试验与模拟焊缝形状进行了对比.结果表明,同一焊接电流下,与TIG焊缝相比,A-TIG焊缝的熔深较深而熔宽较小.随着焊接电流的增加或者焊接速度的降低,A-TIG焊缝熔深呈线性增加,且比TIG焊的熔深增加效果明显.通过分析流体流动方式,进一步推测了A-TIG熔深增加机理:熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因,熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘,中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向.这个方向的环流将高温液体带到熔池底部,使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加,且随着焊接电流的增加,熔深增加效果也不断提高.     

低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和焊缝成形的影响

为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量,探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响,在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验. 通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程,再结合焊接过程中电流变化,分析了熔滴过渡对熔池的影响机制. 结果表明,交替模式可以减少熔滴的碰撞融合,进而减少大体积熔滴对熔池的冲击,减少了飞溅. 交替模式比同步模式的焊缝平整性更好,余高方差更小,鱼鳞纹规则,焊缝成形美观.     

焊丝改性对CO_2气保焊焊缝成形的影响

为研究焊丝改性对CO_2气保焊焊缝成形的影响,通过采用普通焊丝焊接与采用涂有不同活性剂的改性焊丝焊接进行对比试验,对所获得的焊缝经过切割、抛光、腐蚀等工序,测量出各个焊道的熔宽、熔深和余高,计算出焊缝成形系数,研究活性剂对焊缝成形的影响,并分析活性剂在CO_2气体保护焊中的作用机理。试验结果表明:与普通焊丝相比,经过表面改性的焊丝焊接出来的焊缝熔宽增大,熔深更深,余高变小,成形更加美观。分析主要原因是活性剂的加入,改变了弧柱与外围气体的热交换条件,大大减小了径向热损耗,使弧根扩展,电弧形态发生改变,同时熔池表面张力发生变化,致使熔宽增大,焊缝余高变小,熔深变大。     

高强铝合金VPPA-MIG复合焊接焊缝成形机理

VPPA-MIG复合焊集VPPA穿透力强和MIG焊熔敷效率高的优点,弥补了单VPPA焊工艺区间窄且需立焊和MIG焊熔深浅的不足. 使用Red Lake Y4高速摄像获取6 mm厚2A12铝合金VPPA-MIG复合焊接熔池图像,建立了熔池受力模型. 对比分析了复合热源不同能量配比对焊缝成形和熔池形貌的影响及VPPA-MIG与单MIG焊缝成形特点. 结果表明,VPPA-MIG复合热源相比单VPPA热源易保持焊缝成形稳定性. VPPA电流接近穿孔阈值时,配合较低功率MIG热源可以获得6 mm厚2A12铝合金良好焊缝成形;VPPA能量比例过低时,小孔较浅,熔化效率较低,不能起到增加熔深的作用;VPPA能量比例过大,易使熔池失稳,焊缝成形不良. 热源输入功率相同时,VPPA-MIG复合焊比MIG焊显著增加焊缝熔深和深宽比,提高生产效率.     

外加磁场对CO2焊接短路过渡焊缝成形的影响

针对CO2气体保护焊飞溅大,成形差的缺点,本课题利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡.通过实验得出在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,堆高略有增加,焊缝大致成"宽而浅"的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形.在纵向磁场作用下,电弧中的带电粒子作螺旋运动,使得电弧旋转并扩张,电弧呈一空心"钟罩"型,电弧能量呈"双峰"状分布,导致熔宽增加,使得熔深变小,堆高略有增加.     

铝合金分区活性TIG焊接法研究

针对铝合金材料,提出了一种新型活性焊接方法--FZ-TIG焊(Flux Zoned TIG Welding).在传统TIG焊接前,在待焊焊道表面中心区域涂敷低熔沸点低电阻率活性剂,在两侧区域分别涂敷高熔沸点高电阻率活性剂,然后进行正常焊接,可以同时保证焊接熔深显著增加和焊缝表面成形良好.以自行研制的FZ108活性剂进行了FZ-TIG焊,并与传统TIG焊、采用FZ108作为活性剂的A-TIG焊、采用SiO2作为活性剂的FB-TIG焊进行了对比.发现在相同参数下,采用FZ-TIG焊进行焊接,焊缝熔深明显大于传统TIG焊、A-TIG焊和FB-TIG焊,达到TIG焊熔深的3倍以上,并且焊缝成形良好,焊缝组织细化,力学性能改善.     

钛合金活性剂氩弧焊研究进展(1)

钛合金氩弧焊时加卤化物等活性剂焊接(A-TIG焊)不仅气孔明显减少,而且熔深可成倍增加,焊接接头力学性能也有所改善.由于焊接热输入可大大降低,因此会改善焊接接头组织和减少应力变形.厚板焊接时可大幅度提高生产率.文中介绍了A-TIG焊活性剂及形态、活性剂对焊缝熔深/熔宽比及焊接质量的影响、深熔机理及焊缝成形问题,并对一些问题进行了评论.     

6063铝合金TIG焊接头的变形行为及等效模型

用有限元软件ABAQUS对平板对接6063铝合金TIG焊接头进行拉伸模拟,研究了HAZ宽度及板厚对焊接接头变形的影响规律,进而建立TIG焊接头有限元等效模型,并用带焊缝的6063铝合金薄壁方管的压缩模拟来验证等效模型的精确性.结果表明,与母材相比,力学性能不均匀的焊接接头中应力状态较为复杂,三向应力度在母材与HAZ交界处和焊缝与HAZ交界处存在突变,三向应力度最大值的位置从母材与HAZ交界处转变为焊缝与HAZ的交界处;力学性能不均匀的焊接接头中的三向应力度不仅取决于试样的厚度,还取决于接头的几何尺寸;铝合金TIG焊接头有限元等效模型宽度为20 mm;带焊缝铝合金薄壁方管的精细模型和等效模型的载荷-位移曲线吻合较好.     

VPTIG焊接电流参数对电弧形态及焊缝质量的影响

采用高速录像系统、记忆示波器同步实时采集变极性氩弧（VFFIG）焊接电流、电弧形态信息,比较分析了VFFIG焊接电流频率、直流电极接负（DCEN）时间和直流电极接正（DCEP）时间、DCEN及DCEP电流幅值5个参数对电弧形态及焊缝质量的影响。结果表明,通过调节以上5个参数,可以控制电弧形态、电弧力及焊接热输入,从而控制熔深及焊缝正反面成形;控制焊缝两侧清理区宽度;减少钨极烧损。采用平板对接低频脉冲调制铝合金VFFIG焊接工艺,单道焊熔深可达6min,焊缝成形良好、质量可靠。     

High speed tandem TIG welding of ferritic stainless steel plate

Weld humping and undercut are the most common appearance defects in high speed welding. A high speed tandem TIG welding process was developed to suppress the formation of these appearance defects and to improve the productivity of TIG welding. In this paper, the mechanical properties and microstructure of joints obtained from tandem and single TIG welding were tested and compared. The results show that the sound weld appearance can be obtained by tandem TIG welding at the welding speed of 3 m/min for 1.5 mm thick 409L stainless steel plate. The mechanical properties of the tandem TIG welded joint are in the similar level with single TIG welded joint. The analysis of the tandem TIG welding process indicates that the assistant arc with a push angle can prevent the liquid metal flowing backward to the trailing region of weld pool and the premature solidification of thin liquid layer in the gouging region.     

2219铝合金不同气氛下TIG焊焊接接头组织性能

为研究氦弧TIG焊焊缝质量,对比分析了2219铝合金氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝成形及组织性能.结果表明,在背部熔宽相同的条件下,氦弧TIG焊焊缝正面熔宽、下塌量及热影响区宽度均小于氩弧TIG焊,氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊缝的微观组织及第二相组织基本相似,焊缝区晶粒为等轴晶,热影响区晶粒为粗大的板条状,组织为粗大的α铝基体与金属间化合物Al₂Cu及少量的共晶组织,焊缝区的第二相组织明显多于热影响区,无法发挥弥散强化的作用.氦弧TIG焊与氩弧TIG焊焊接接头的断裂方式均为韧性断裂,抗拉强度基本保持一致,氦弧TIG焊焊接接头的断裂总延伸率高于氩弧TIG焊,维氏硬度高于氩弧TIG焊焊缝的硬度.     

薄板TC4钛合金TIG电弧和激光焊接接头晶粒尺寸与微观组织

对薄板TC4钛合金进行TIG电弧和激光焊接技术研究,重点分析了TIG焊接电流、焊接速度和激光输出功率对TC4钛合金焊接接头晶粒尺寸、微观组织和显微硬度的影响规律. 试验结果表明,在实现薄板TC4钛合金完全熔透的条件下,激光焊接具有更小热输入,接头焊缝区和热影响区宽度也显著降低. TIG焊接接头晶粒尺寸随热输入增加,呈现增加趋势. 随距焊缝中心位置增加,焊接接头晶粒尺寸均逐渐降低. TC4钛合金激光焊接接头焊缝区呈现魏氏组织特征,针状α'马氏体细小. 近缝热影响区组织为网篮状α'马氏体,而近母材热影响区为未转变α相和针状α'马氏体的双相组织. 随距焊缝中心位置增加,马氏体生成量逐渐减少,焊缝显微硬度值呈现降低趋势;同时相比于TIG焊接,TC4激光焊接接头具有更高的显微硬度.     

超声振动对6061铝合金焊接热裂纹影响

为解决硬铝合金焊接接头软化严重的问题,选用7075铝合金作为填充材料对6061铝合金进行高组配焊接.焊接接头硬度确有提升,但在焊接过程中产生了热裂纹.文中设计了一个超声辅助平台将超声振动引入到传统的钨极氩弧焊中,在确保焊接接头硬度的条件下解决焊接热裂纹的问题.结果表明,超声功率较低时热裂纹消失,但超声功率达到480 W时,热裂纹再次产生.随着超声功率的增加,焊接接头的晶粒尺寸和形状发生了变化,熔合区的柱状晶被打碎,转变为较为细小的等轴晶,焊缝中心的等轴晶也发生了细化,在功率640 W时焊缝中心的平均晶粒尺寸最小.焊接接头中的析出相数量也随着超声功率的增大逐渐增多,分布逐渐均匀,对焊接热裂纹造成影响,因此存在一个超声功率的范围,能够同时解决焊接接头软化和焊接热裂纹的问题.     

超声冲击处理对 7A52 铝合金焊接接头表层组织及性能的影响

目的研究超声冲击处理对7A52铝合金焊接接头表层组织及性能的影响。方法用双丝MIG焊接方法对7A52铝合金进行焊接,采用UIT-125型超声冲击机对其焊接接头进行全覆盖处理;通过金相显微镜,对超声冲击处理后的焊接接头组织变化规律进行观察分析;利用显微硬度计和磨擦磨损试验机测试研究其接头力学性能。结果超声冲击处理后,焊趾处形成相对连续、均匀、光滑的过渡圆弧,可以有效地缓解焊接接头的应力集中,7A52铝合金焊接接头表面得到了明显强化,形成一层致密的塑性变形层,接头表面晶粒细化,母材的表层塑性变形厚度可达15μm左右,热影响区的表层塑性变形厚度可达25μm左右,显微硬度和耐磨性显著提高。结论经超声冲击处理后,7A52铝合金焊接接头表面的塑性变形层最厚处可达20μm左右,形成了具有大致平行于焊接接头表面择优取向的形变织构。沿厚度方向1.5 mm内,热影响区的硬度最高可达162HV,焊缝区的最高硬度为113HV,相比之前提高了21.5%,表层的耐磨性得到较为明显的提高。