鋁合金超聲交流TIG復(fù)合焊接焊縫成形及組織特征研究.pdf

1、TIG焊是鋁合金常用的焊接方法，但由于其效率低，容易產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷限制了其在鋁合金中更廣泛的應(yīng)用。本課題組前期已自主開發(fā)出超聲交流 TIG復(fù)合焊接系統(tǒng)，研究結(jié)果表明超聲的引入可提高鋁合金焊接效率，改善焊縫的組織和性能。為了更深入地探究鋁合金超聲交流TIG復(fù)合焊接(U-TIG)中超聲在熔池中的作用，本文對超聲在氬氣及電弧空間中傳播的特點進行了分析，研究了鋁合金超聲交流 TIG復(fù)合焊的電弧特性與工藝特點，并針對超聲對熔池金屬的作用進行

2、了初步討論。
　　首先分析了超聲在氬氣及電弧空間中的傳播特征。在氬氣中超聲能量主要受到發(fā)射端高度與噴嘴高度的影響，而保護氣流量的影響很小。與氬氣相比，超聲在電弧中傳播時其能量衰減更為嚴重，焊接電流與弧長均影響超聲能量的衰減程度。利用高速攝像對超聲交流 TIG復(fù)合焊電弧形態(tài)進行了觀察。當超聲能量較強時，電弧壓縮較明顯，同時超聲的引入可提高電流過零時刻電弧的穩(wěn)定性。
　　針對2219鋁合金，進行了U-TIG平板堆焊試驗。研究了不

3、同焊接規(guī)范參數(shù)下，超聲對焊縫表面成形、深寬比、微觀組織以及氣孔傾向的影響。結(jié)果表明：U-TIG焊縫熔深增加，熔合區(qū)明顯變窄，氣孔傾向減?。淮_定了用于對接焊試驗的最佳匹配參數(shù)，發(fā)射端高度30mm，對應(yīng)噴嘴高度11mm。
　　在此基礎(chǔ)上，進行了2219鋁合金U-TIG填絲與不填絲對接焊試驗，重點研究了發(fā)射端高度與超聲電源輸入電壓對不填絲鋁合金超聲交流 TIG復(fù)合焊接接頭組織和力學性能的影響。研究結(jié)果表明：與常規(guī)TIG焊相比，不填絲U-

4、TIG焊縫中心組織由粗大的樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉牡容S晶，熱影響區(qū)晶粒明顯細化；焊縫的抗拉強度最大達265.7MPa，比普通TIG焊接接頭高近6％。隨著超聲功率的增加，抗拉強度也相應(yīng)增加。與填絲TIG焊相比，填絲U-TIG焊熱影響區(qū)更窄，抗拉強度提高了2%，拉伸效果不如不填絲U-TIG焊明顯。
　　最后利用Fluent有限元軟件，初步探討了電弧壓力改變以及超聲聲流作用對熔池流動的影響。超聲 TIG電弧力分布明顯加快了熔體的流動速度；超聲