不同电弧气氛下5083铝合金焊缝气孔的产生机理研究

发布时间：2020-04-29 05:01

【摘要】：5083铝合金广泛应用于铝船船体结构中,其在熔化焊过程中易出现气孔缺陷导致接头性能下降的问题愈发地引起关注。通常仅在焊前对试板进行清理或调整焊接工艺参数很难达到防止气孔的目的。本文针对4mm的5083铝合金,通过采用不同组元保护气的方法进行MAG焊焊接工艺试验,同时分析了气孔的产生机理,从而实现5083铝合金MAG焊焊缝气孔的调控。试验中采用纯氩、纯氦、不同组分的氩-氦二元保护气、氩-氦-二氧化碳和氩-氦-氮三元保护气对5083铝合金进行脉冲焊接试验。通过高速摄影的方法观察了不同保护气条件下的电弧形态和熔滴过渡特征,并同步采集了电流和电压信号,揭示了不同保护气条件下的熔滴过渡形式。对电弧燃烧时的特征点进行光谱信号采集,分析不同保护气条件下光谱信号的差异。对焊后接头进行X射线检测,观察接头气孔情况。采用光学显微镜、扫描电镜等设备对接头进行微观组织观测。通过显微硬度测试、拉伸测试对接头的力学性能进行分析。在氩-氦二元电弧气氛下,由于氦气对电弧的压缩效果,导致电弧向接头传递的能量增加,接头熔深会随着氦气含量的增加而提高。三元电弧气氛中,CO_2和N_2的加入不会对熔深产生明显的影响,但会对电弧产生明显的压缩效应。X射线结果表明,相同参数下单组元电弧气氛时,纯氩条件下接头未焊透,纯氦条件下气孔数量较多。二元电弧气氛中,当氦气占比适当时焊缝中气孔数量较少,而三元电弧气氛中,CO_2和N_2的加入能有效减少焊缝中的气孔。高速摄影和电流电压信号测试分析结果表明:纯氩保护时熔滴过渡形式时为射滴过渡,纯氦保护时为短路过渡。在氦-氩二元电弧气氛下,存在两种过渡形式—喷射过渡与短路过渡。三元电弧气氛时,熔滴过渡方式为喷射过渡与短路过渡的混合过渡。通过采集到的电弧光谱信号中氢元素谱线的信息能够对焊后接头中气孔情况进行预测。不同的电弧气氛会对接头区域的晶粒尺寸产生一定影响,但三元电弧气氛中加入CO_2时的影响不明显。元素扫描结果表明在保护气中引入CO_2和N_2不会对焊缝内部元素产生影响。焊后焊缝区是接头中硬度最低区域,硬度分布在55-65HV_(0.1)之间,母材区硬度最高。在20%Ar+80%He保护时,接头抗拉强度达到最大的214.4MPa,为母材强度的79%。而三元电弧气氛中,CO_2和N_2加入使得接头抗拉强度略微降低。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U671.8

【参考文献】