超聲振動(dòng)輔助穿孔等離子弧焊工藝及其機(jī)理的研究.pdf

1、穿孔等離子弧焊中，等離子弧不僅作為焊接熱源加熱熔化待焊工件形成熔池，同時(shí)還作為力源在熔池中排開(kāi)液態(tài)金屬形成熔透的小孔。然而，常規(guī)等離子弧焊接(PAW)還存在穿孔能力和熔池穩(wěn)定成形不易兼顧的問(wèn)題。超聲振動(dòng)作為一種輔助能量，在與TIG/MIG等自由電孤復(fù)合時(shí)有較好的工藝效果。那么是否可以將超聲振動(dòng)與等離子弧復(fù)合，用以解決常規(guī)等離子弧焊接存在的上述問(wèn)題？本文在這一方面進(jìn)行了探索。
　　研發(fā)了“超聲振動(dòng)輔助穿孔等離子弧焊接(U-PAW)實(shí)

2、驗(yàn)系統(tǒng)”，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括:超聲振動(dòng)系統(tǒng)、等離子弧焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)。針對(duì)等離子弧焊槍的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)鎢極端部將超聲振動(dòng)施加到等離子弧中，進(jìn)而使超聲振動(dòng)直接作用于等離子弧和熔池。利用激光多普勒測(cè)振(LDV)的方式，測(cè)量了鎢極端部的振動(dòng)頻率、振幅等參數(shù)。
　　采用電弧壓力測(cè)量裝置，對(duì)等離子弧的壓力分布進(jìn)行測(cè)試;通過(guò)拍攝等離子弧弧柱圖像，證明超聲振動(dòng)能夠?qū)Φ入x子弧形狀產(chǎn)生影響，使等離子弧弧柱進(jìn)一步收縮，同時(shí)等離子弧高溫區(qū)發(fā)

3、生下移。結(jié)果顯示，超聲振動(dòng)能夠提高等離子弧壓力。隨著焊接電流的增大，超聲對(duì)等離子弧壓力增大的效果有所降低。
　　在不銹鋼板上開(kāi)展U-PAW工藝試驗(yàn)，在工件背面安裝視覺(jué)傳感器，實(shí)時(shí)拍攝小孔出口的圖像，考察超聲振動(dòng)對(duì)等離子弧穿孔能力的影響。在工藝條件相同的情況下，超聲振動(dòng)輔助穿孔等離子弧焊接能夠以較低的焊接電流或較高的焊接速度實(shí)現(xiàn)穿孔焊透。同時(shí)，超聲振動(dòng)能夠增大工件背面小孔的尺寸，有效降低小孔的中心后向偏移量。超聲振動(dòng)能夠增強(qiáng)等離子弧

4、的挺度，提高小孔成形過(guò)程的穩(wěn)定性，焊縫橫斷面金相試樣照片表明，超聲振動(dòng)能夠減小焊縫上部熔寬，促使焊縫中下部熔寬變大，增大深寬比。同時(shí)，超聲振動(dòng)利于焊縫表面的穩(wěn)定成形。
　　等離子弧焊接焊縫金屬的微觀組織觀測(cè)結(jié)果表明，復(fù)合超聲振動(dòng)之后，焊縫中粗大且方向明確的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶。對(duì)比同一金相試樣的上下兩個(gè)區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)的作用自上而下逐漸減弱。這說(shuō)明超聲振動(dòng)改變了等離子弧的物理特性，進(jìn)而改善了焊縫金屬的微觀組織;同時(shí)，有一