船用铝合金等离子分流熔化极电弧焊接工艺特性研究

发布时间：2020-05-13 12:09

【摘要】：随着造船业的快速发展,人们对船舶的环保、节能、耐腐蚀性能、使用寿命等提出了越来越高的要求。但传统的造船材料由于自身的材料特性,很难满足这些要求。铝合金由于密度小、抗腐蚀能力强、比强度和比模量较高,能够大幅减轻船体重量,减少燃油消耗和提高船舶使用寿命,在船舶领域得到了越来越广泛的应用。但铝合金存在焊接难的问题,目前广泛使用的MIG/TIG焊接方法焊接质量差、效率低,严重制约着铝合金在船舶领域更广泛的应用。因此,研究新的焊接工艺进行铝合金焊接对促进我国船舶行业的发展具有重大意义。针对铝合金焊接特点,本文提出了一种等离子分流熔化极弧焊接新工艺。该新工艺是在进行熔化极等离子弧焊时,利用等离子焊枪喷嘴与焊丝之间产生的电弧作为旁路来分流一部分通过母材的焊接电流,该工艺既能发挥熔化极等离子弧焊接的优点,又能实现对焊接热输入良好的控制。本文针对该新工艺,设计并制造了新型焊枪,搭建了焊接试验平台,并应用该新工艺对6mm和2mm厚5083铝合金进行焊接试验。试验研究了不同工艺参数对焊缝成形的影响,检测焊接过程的电信号和熔滴过渡,建立他们与焊接稳定性、焊缝成形的内在联系,研究旁路电流对减小焊接热输入的作用机理,对得到的对接接头进行组织分析和力学性能测试。研究结果表明,在合适的焊接参数下,该新工艺能实现中厚(6mm)铝合金板的单面焊双面成形和薄(2mm)铝合金板的高速焊接。获得的对接接头具有较高的强度,其拉伸强度的平均值为283MPa,达到或接近母材的强度,断裂形式为韧性断裂。在焊接过程中,观察到的熔滴过渡主要有短路过渡和射滴过渡,短路过渡时,旁路电流不稳定,存在较大的焊接飞溅,焊缝成形较差,射滴过渡时,电流波动较小,熔滴过渡稳定,能获得良好的焊缝成形。旁路电流对稳定电弧,减小焊接热输入具有重大作用,在主路电流不变时,增大旁路电流,通过母材的电流减小,此时电弧对母材的阴极产热减少,焊接热输入降低,焊缝熔深,熔宽明显减小。等离子分流熔化极弧焊接工艺在铝合金焊接时不仅能提高焊接效率,还能保证接头质量,为铝合金的焊接提供了一种新的思路,具有较大的研究及实用价值,对促进铝合金在船舶领域的应用具有重大意义。
【图文】：

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为和熔滴过渡进行研宄，结果表明，在不同的熔滴过渡形势下，ＴＩＧ电弧对ＭＩＧ电弧逡逑电参数具有不同的影响。哈尔滨工程大学王骁骁等人应用旁路分流双面电弧焊工艺对逡逑６０６１铝合金的焊接进行了研究［２８ｉ，其原理如图１．３所示，其结果表明，旁路分流双面电逡逑弧焊能很好的解决电弧和熔池上热力合理分布问题，在增加熔深的同时，能防止焊塌等逡逑缺陷的产生，，改善焊缝成形和提高焊接质量。逡逑送丝机逡逑ｆ件逦＋邋焊接逡逑电流传逡逑—Ｉ控制系统ｈｉＭ逡逑图１．３旁路分流双面电弧焊原理图逡逑双丝ＭＩＧ焊在铝合金焊接中应用比较广泛，该方法能极大地提高焊接效率［２９］。德逡逑国克鲁斯ＴＡＮＤＥＭ双丝焊工艺在对２－３ｍｍ铝合金板进行焊接时，最大速度可达到逡逑６ｍ／ｍｉｎ，在对８ｍｍ以上厚板进行焊接时，恪敷效率最大能达到２４ｋｇ／ｈ。双丝ＭＩＧ焊一逡逑般采用两个独立的喷嘴和两个独立的电源，两台焊机的焊接参数独立可调，两根焊丝都逡逑可以使用脉冲电弧。在焊接时，两根焊丝共享一个熔池，并形成复合电弧，双ＭＩＧ复逡逑合电弧能增强电弧稳定性

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熔化极等离子弧焊（Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ）是将等离子弧焊和ＭＩＧ焊进行复合的一种焊接逡逑方法［３３］，最早由荷兰Ｐｈｉｌｉｐｓ研究中心的Ｗ．Ｇ．Ｅｓｓｅｒｓ和Ａ．ＣNｉｅｆｋｅｎｓ等人提出［３４］。熔化逡逑极等离子弧焊接设备组成如图１．４所示，其主要由一台ＭＩＧ电源、一台等离子电源、控逡逑制系统、送丝系统、水冷系统、送气系统等组成。在焊接时，ＭＩＧ电源正极与焊丝连接，逡逑负极与母材连接，焊丝通过环形等离子电极与母材产生ＭＩＧ电弧，同时，环形等离子逡逑电极与母材产生等离子电弧，ＭＩＧ电弧被等离子电弧所包围，形成复合电弧。等离子电逡逑弧的存在增强了复合电弧的稳定性，焊丝被等离子电弧所包围，能极大地提高焊丝的熔逡逑化效率，等离子气与压缩喷嘴的存在，能提高复合电弧的能量密度，增强电弧的穿透能逡逑力。在进行铝合金焊接时，等离子气会对熔池产生搅拌的作用，有利于熔池中氢的析出，逡逑９逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U671.8

【参考文献】