钛合金随焊超声辅助TIG焊接接头组织及疲劳性能

基于TC4钛合金超声辅助TIG(U-TIG)与常规TIG焊接试验,采用金相显微镜、电子背散射衍射等测试技术分析了焊接接头的显微组织和织构,对焊接接头进行了显微硬度测试。之后,利用高频疲劳试验机,对2种试样开展应力比为-1下轴向加载疲劳测试。结果表明,常规TIG焊接接头初生β晶粒以联生结晶的方式跨越焊层生长,容易形成粗大弯曲的柱状晶,且α′相具有明显生长取向;而在U-TIG焊接工艺下,初生β柱状晶发生破碎,联生结晶趋势被遏制,针状α′马氏体尺寸得到细化,焊缝平均晶粒尺寸减小,晶粒尺寸梯度分布降低且平均显微硬度得到提升;施加超声后,晶粒沿散热方向生长得到遏制,其中α′马氏体在<0001>面取向强度显著降低;此外,应力比为-1下的疲劳极限由360 MPa增加至387 MPa,接头疲劳强度提升约7.5%。

超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas,U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法,利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律,主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理,结果发现随电弧电压增加,超声对电弧的压缩效果也逐渐增大;而随送丝速度增加,焊接电流增大,电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析,可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时,该附加力达到最大,约为2.8×10-3 N,继续增大焊接电流,该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌,结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度,存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析,随温度增加,声辐射力逐渐减弱,这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系,超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性,这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析,为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。

超声辅助堆焊304不锈钢的工艺优化

为了提高焊接接头的质量及性能,采用超声辅助焊接工艺在304不锈钢表面堆焊过程中引入超声波,同时采用焊接电流、焊接速度和超声功率三个参数进行正交试验,对焊缝成形系数和焊缝中心区域的平均显微硬度进行分析,从而优化超声辅助焊接工艺。结果表明,超声辅助焊接的最佳工艺参数为:焊接速度7 mm/s、焊接电流140 A、超声功率1 800 W。结合已经获取的最佳焊接工艺参数,通过显微组织观察探究超声波对显微组织的影响,结果发现,在超声波作用下,粗大柱状晶转变为等轴晶,焊缝区域内晶粒明显细化,由此提高了304不锈钢的力学性能。

6061铝合金超声波辅助激光焊接变形控制研究

为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题,采用施加超声波以辅助焊接的方法,以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验,探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用;利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律,设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护气流量在内的五因素五水平正交试验,分析了超声波功率以及常规焊接参量分别对焊接变形的影响程度,并获得了能够得到最小变形的工艺参量组合。结果表明,焊接变形会随着超声波功率的增加而减小,超声波功率800W时较无超声情况下试件的挠曲变形及角变形分别减小了51.27%和51.46%;同时,当激光功率为1000W、焊接速率为5m/min、离焦量为+1mm、保护气流量为15L/min、超声波功率为800W时,可以获得变形最小的试件,所得到的试件挠曲变形量为0.42mm,角变形量为0.26mm。此研究为超声波辅助焊接在控制薄板焊接变形方面的应用提供了一定的工艺和理论参考。

超声功率对2024-T4铝合金UAFSW接头组织和性能的影响

对1.8mm厚2024-T4铝合金板材进行超声辅助搅拌摩擦焊接(UAFSW)试验,研究了超声功率对UAFSW接头微观组织和力学性能的影响。结果表明:焊接过程中焊核区中下部金属材料流动性随着超声功率增加而增大;超声功率能够影响焊接接头的力学性能及第二相粒子尺寸和数量;当超声功率达到2.1kW时,拉伸断口微观形貌显示大尺寸第二相粒子数量最多,脱落后形成的韧窝较大较深,焊接接头的抗拉强度最高,达到394.8MPa。