厚壁铝合金摆动电弧窄间隙MIG立向焊接工艺研究

发布时间：2017-08-24 22:38

  本文关键词：厚壁铝合金摆动电弧窄间隙MIG立向焊接工艺研究

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【摘要】：随着现代航空航天工业的发展,焊接结构趋于大型化,厚壁铝合金成为重要的结构材料。考虑到焊接工序及工程费用等问题,在实际生产过程中常采用立向焊接的方式。立向焊接时,由于熔池自然下淌,焊缝成形比较困难。摆动电弧窄间隙GMAW能够增加侧壁熔深,解决侧壁熔合不良问题,特别适合厚板焊接。本文在自行设计的摆动电弧窄间隙焊炬基础之上,对铝合金立向焊接工艺进行了研究。研究了各工艺参数对焊缝成形的影响规律,揭示了常见几种成形缺陷的成因及控制机理,确定了最佳工艺参数规范区间,实现了100mm厚的厚壁铝合金的焊接,并获得无成形缺陷的焊接接头。基于摆动导电嘴的原理,设计了摆动电弧窄间隙MIG焊炬,并得到了各摆动参数之间的关系和摆动轨迹方程。设计了插入式保护气喷嘴,并通过烟气染色试验对其进行了优化。对摆动电弧窄间隙立向焊接的熔滴过渡和电弧行为进行了研究。结果表明,在摆动过程中为射滴过渡,而在侧壁停留过程中除了射滴过渡还伴随着短路过渡发生,在两侧壁处熔滴的平均过渡频率要低于在摆动过程中的平均过渡频率,而熔滴尺寸要略大于在摆动时熔滴尺寸。通过单因素试验,研究了各工艺参数对焊缝成形的影响规律,并确定了能够保证焊缝正常成形的工艺规范参数区间。通过正交实验研究了各工艺参数对焊缝截面尺寸的影响显著性,结果表明焊接速度和送丝速度对焊缝熔宽和焊缝厚度影响最大,摆动角度对焊缝凹度的影响最大。分析了熔池下淌、波浪形焊缝和焊缝表面中凸三种常见的焊缝成形缺陷的成因,并提出了控制措施。控制熔池下淌的措施一是适当提高焊接速度,二是适当增大导电嘴与水平方向的倾斜角;改善波浪形焊缝的措施是使摆动频率选择最大1.4Hz,焊接速度在120mm/min~260mm/min;避免焊缝表面中凸缺陷的措施主要是在保证焊缝正常成形时,增大摆动角度。对100mm厚的厚壁2219铝合金进行了单道多层焊接,通过优化工艺参数和层间清除氧化膜等措施,得到了外部成形良好,无明显成形缺陷的焊接接头。焊缝中心组织为细小的等轴晶粒,沿厚度方向差别不大;热影响区宽度较窄,大约为5mm;熔合线附近的焊缝组织晶粒粗大,是焊接接头中强度和硬度最低的地方。
【关键词】：窄间隙焊接 摆动电弧 立向焊接 熔滴过渡 焊缝成形
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 摆动电弧窄间隙焊接的研究现状10-18
• 1.2.1 摆动电弧窄间隙GMAW技术的研究进展10-15
• 1.2.2 窄间隙GMAW焊接工艺研究现状15-18
• 1.3 厚板铝合金立焊的研究现状18-21
• 1.3.1 厚板铝合金常用的焊接方法及研究现状18-20
• 1.3.2 立焊工艺研究现状20-21
• 1.4 主要研究内容21-23
• 第2章 摆动电弧窄间隙GMAW焊炬设计及优化23-36
• 2.1 焊炬摆动控制部分的设计23-26
• 2.1.1 摆动控制机构及原理23-24
• 2.1.2 摆动参数及摆动轨迹的设计24-26
• 2.2 保护气喷嘴的设计及优化26-34
• 2.2.1 插入式喷嘴主体设计26-27
• 2.2.2 保护气通路的设计与优化27-32
• 2.2.3 冷却及绝缘效果测试32-34
• 2.3 导电嘴的改进34-35
• 2.4 摆动电弧窄间隙MIG焊接系统的搭建35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡研究36-49
• 3.1 高速摄像采集系统与电流电压采集系统36-37
• 3.2 平板立向堆焊的熔滴过渡37-38
• 3.3 窄间隙立向焊接一个摆动周期内的熔滴过渡规律38-40
• 3.4 各工艺参数对熔滴过渡的影响40-48
• 3.4.1 送丝速度对熔滴过渡的影响41-43
• 3.4.2 摆动频率对熔滴过渡的影响43-45
• 3.4.3 侧壁停留时间对熔滴过渡的影响45-46
• 3.4.4 摆动角度对熔滴过渡的影响46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 摆动电弧窄间隙立焊焊缝成形规律和机理研究49-70
• 4.1 试验材料及坡口形式49-50
• 4.2 试验方法及焊缝成形评价标准50-51
• 4.3 摆动电弧窄间隙立焊工艺参数规范区间的确定51-58
• 4.3.1 送丝速度对焊缝成形的影响51-53
• 4.3.2 焊接速度对焊缝成形的影响53-54
• 4.3.3 摆动角度对焊缝成形的影响54-56
• 4.3.4 侧壁停留时间对焊缝成形的影响56-57
• 4.3.5 摆动频率对焊缝成形的影响57-58
• 4.4 焊缝成形缺陷的控制机理58-63
• 4.4.1 熔池下淌的成因及控制机理59-61
• 4.4.2 波浪形焊缝成因及控制机理61-62
• 4.4.3 焊缝表面中凸的成因及控制机理62-63
• 4.5 优化工艺参数的确定63-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第5章 厚壁 2219-T87 铝合金摆动电弧窄间隙立向焊接70-79
• 5.1 单道多层焊接工艺的研究70-73
• 5.1.1 坡口形式及工艺参数70-71
• 5.1.2 焊接接头成形71-72
• 5.1.3 层间未熔合缺陷的改善措施72-73
• 5.3 焊接接头微观组织分析73-78
• 5.3.1 显微硬度测试75-76
• 5.3.2 焊接接头的抗拉强度76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：733472