超声辅助铝合金激光-MIG复合焊接方法研究

发布时间：2025-03-15 04:55

　　激光-MIG复合焊接方法是一种高效先进的铝合金连接技术,但其焊接接头依然存在晶粒粗大、气孔率高等缺陷,解决这一问题的关键在于改善熔池的凝固结晶过程。基于超声独特的非线性效应,如空化效应和声流效应,将其引入铝合金的激光-MIG复合焊接过程中,并提出超声辅助激光-MIG(U-L-MIG)复合焊接方法。根据超声和焊接的工作特点设计并优化出兼具超声振动和电弧焊接的复合焊炬,构建了U-L-MIG复合焊接平台。采用数值计算方法研究了声学几何参数对声场状态的影响规律,并结合水滴滴落试验和聚苯乙烯小球(EPS)的驻波悬浮试验揭示了声辐射力的作用效果。进一步研究超声施加前后对焊接电弧、熔滴过渡和电参数的影响探求该方法的可行性。根据U-L-MIG复合焊接方法的工作原理,需在超声振动系统的基础上进行改进并设计出复合焊炬。采用传统解析求解方法计算出超声振动系统的基础尺寸,并结合有限元方法加以验证,获得了与超声驱动电源的工作频率谐振匹配的超声振动系统。对超声振动系统进行改进,实现了焊丝送进、电缆连接、气流保护的焊接要求,依托激光器平台完成了U-L-MIG复合焊接系统的构建。基于纳维尔-斯托克斯方程和组分输运方程计...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1空化效应图示[16]

(1)空化效应超声空化是一种超声在液态介质中传播所产生的特有物理现象,也是超声在介质中非线性传播的体现。声波进入液态介质中,会连续形成稠密和稀疏区域。在负声压区阶段,溶解于液体中的气体在“面积”效应和“外壳”效应下[16],发生定向扩散,空化核长大,生成非稳态的空穴或气泡。液体继....

图1-2声流效应图示[20]

式中,f表示超声频率,A为振动幅值。(3)声辐射效应声辐射效应是高能量密度声场中的一种非线性体现。声波在介质传播过程中,会导致空间内传播介质产生能量密度差。当一定体积的物体位于声场中时,物体表面的声场能量差异形成一定的势能,作用于物体后的宏观表现为声辐射力[21]。King[22....

图1-3不同声发射高度下的超声驻波悬浮现象[24](a)19.9mm;(b)19.3mm

式中,分别为声场某一位置处声压和振速的有效值,c为该介质下声速。基于声辐射效应,超声在声悬浮、超声马达、细胞分离等领域有着重要应用。利用声辐射效应的产生的超声驻波悬浮现象如图1-3所示。(4)机械与热效应通常认为超声波的机械和热效应为空化和声流效应的衍生效应。超声波在介质传播过程....

图1-4超声对初生Si生长尺寸的影响[27]

早在1976年,G.I.Eskin[25]对超声作用于铝合金铸件的凝固过程进行了研究,发现凝固组织的细化现象主要与超声传入熔体后引起的空化效应有关。1994年,G.I.Eskin对铝合金熔体凝固过程的超声作用机理进行了分析,认为位于熔体中表面的未被润湿的Al2O3质点为空化提供形....

本文编号：4035193