局部干法水下快频脉冲MIG焊电源研制

针对复杂水下环境焊接过程对焊接电源超高动特性与精确控制需求,设计基于SiC模块的快频脉冲焊接电源功率主电路,开发全数字化控制系统,研制出局部干法水下快频脉冲MIG焊电源(local dry underwater fastfrequency pulsed MIG,LDU-FFPMIG).研制的LDU-FFPMIG焊接电源额定输出电流为400 A,能精确输出多种0~30 kHz的快频脉冲电流波形,快频脉冲电流幅值高达200 A.提出LDU-FFPMIG焊接新工艺,将快频脉冲应用到304不锈钢局部干法水下MIG焊接,探究快频脉冲对传统局部干法水下脉冲MIG焊的影响.结果表明,研制的LDU-FFPMIG焊接电源能够实现稳定的局部干法水下MIG焊,可获得良好的焊缝成形;快频脉冲电流的引入可显著提高电弧能量密度和焊接稳定性,减小熔宽(B)、增大熔深(H),焊缝成形系数(B/H)减小约30%,并且可以细化晶粒.

ER5356焊丝用于7075铝合金MIG焊接头热处理性能

采用MIG焊使用ER5356焊丝进行3 mm厚7075铝合金对接焊,焊后接头进行T6热处理。通过光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜与能谱仪结合室温拉伸、显微硬度与电化学腐蚀分析接头组织、力学性能与耐蚀性。结果表明:焊接时熔池流动将母材熔化部位的Zn,Cu等合金元素带入焊缝,析出MgZn_(2)与AlCuMg相,成为焊缝进行热处理强化的基础;热处理后,大部分析出相溶入基体形成固溶+时效强化,接头抗拉强度提升20%,焊缝硬度提升18.4%,耐蚀性提高。但由于从母材流入焊缝的合金元素含量有限,焊丝与母材力学性能的差异与热影响区软化现象无法消除。

Ti6321合金激光-MIG复合焊接接头组织和力学性能分析

对6 mm厚的Ti6321钛合金板开展激光-MIG复合焊接试验,对焊接接头的微观组织和力学性能进行了测试分析。结果表明,焊缝区金相组织主要为粗大的β柱状晶和细小的针状α’相形成的网篮组织;热影响区金相组织分布不均匀,近焊缝区组织主要由针状马氏体α’相和等轴α相组成,而近母材区组织主要由等轴α相、针状马氏体α’相和少量残余β相组成。拉伸断裂发生在远离焊缝的母材处,抗拉强度均值为935 MPa。焊缝和热影响区的硬度明显高于母材,最高硬度值出现在熔合线附近。

新型铝合金MIG焊接头微观组织与力学性能

随着船舶轻量化和快速化的发展,以铝代钢成为未来船舶制造的必然趋势.对一种10 mm厚新型铝合金进行单面MIG焊工艺试验,研究两层三道焊和三层四道焊对接头综合性能的影响规律.结果表明,焊缝上表面和下表面宏观形貌均较好,都有α-Al、Al6(Fe,Mn)和Mg2Si相;在靠近熔合线的热影响区中有尺寸较大的等轴晶生成,焊缝边缘沿垂直于熔合线方向生成柱状晶,焊缝中心为树枝晶,且每层焊缝晶粒尺寸不同,前层焊缝晶粒尺寸小于后层焊缝晶粒尺寸;Fe和Mn元素在热影响区发生偏聚,形成Al6(Fe,Mn)相,Mg元素倾向于沿焊缝晶界或分布在焊缝组织中以平衡相的形式析出.1号接头平均抗拉强度为294 MPa,达到母材抗拉强度的78.4%,断后伸长率为6.56%,2号接头平均抗拉强度为350 MPa,达到母材抗拉强度的93.3%,断后伸长率为12.3%;接头硬度整体表现为焊缝区最低,热影响区次之,母材最高,同时多层多道焊的每层焊缝硬度与焊接顺序有关,第一层焊缝硬度最大.

厚板5083铝合金MIG焊工艺与性能研究

针对25 mm船用5083厚板铝合金MIG焊,焊接难度大,接头性能不达标,出现未熔合、未焊透、大量气孔的问题.经过对焊接接头宏观断口,力学性能,宏观金相等进行分析.研究通过焊前打磨并预热至150℃,打底焊焊接电流提高到170~180 A,层间焊接电流提高到210~230 A,坡口增大至90°,增加焊接道数至27~28道,对称施焊,采用高纯度保护气体等措施改进工艺.通过改进工艺,经过无损检测、拉伸、弯曲、金相发现焊接接头缺陷大大减少,焊接接头拉伸性能提高57.6%,展现出良好的性能,符合生产标准.实验结果发现焊接接头强度下降,是因为在焊接过程中,焊接接头受热循环影响,热影响区形变强化减弱.焊缝中心焊接热输入导致熔池Mg元素烧损,焊缝组织β强化相减少,出现焊接接头软化现象.

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头疲劳裂纹扩展行为研究

为探究12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头在不同区域的疲劳裂纹扩展行为,并分析微观组织与裂纹扩展之间的相互作用。利用体式显微镜、相显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术分别对接头不同部位的裂纹扩展速率,裂纹扩展路径的变化,接头不同区域的显微组织与裂纹扩展的交互作用和裂纹尖端周边组织的变形特征进行了深入探究。结果表明,在裂纹稳定扩展阶段,母材区域的裂纹扩展速率最大,分别是热影响区和焊缝区域裂纹扩展速率的1.16倍和1.81倍。当ΔK=20 MPa·m^(1/2),母材裂纹扩展速率为3.39×10^(-4)mm/cycle。裂纹尖端的IPF图表明,在焊缝区中存在的50°~70°的大角度晶界占比为36.36%,高于母材的11.91%和热影响区的11.65%,大角度晶界的存在使裂纹沿晶界偏转或消耗更多能量穿过晶界,增大裂纹扩展阻力,表现出较好的裂纹扩展抗性。母材和热影响区表现出沿晶脆性断裂和韧性断裂的混合断裂模式,而焊缝区主要呈韧性断裂模式。此外,EBSD分析结果表明,焊缝区裂纹尖端附近具有更高的几何位错密度,位错在马氏体边界聚集,导致裂纹沿晶界发生偏转,进一步阻碍了裂纹的扩展。施密特因子分析也表明,焊缝区组织间的取向差差异较大,导致其裂纹扩展门槛值较高。综上,焊缝区中存在的大量大角度晶界和高位错密度是焊缝区具有较高裂纹扩展抗性的主要原因。

不同孔径节流阀对铝合金MIG焊气体流向及保护效果的影响规律

针对10 mm厚硬铝6061焊接过程中的气孔问题进行了分析,认为送丝机上的节流阀对铝合金气孔的产生具有较大影响,因此针对不同孔径的节流阀和气体流量,采用气体成像仪对焊枪出口处的气流形态、气流流速以及对电弧的压缩性进行了对比分析,同时又进行了实际焊接验证。为进一步研究不同孔径的节流阀对铝合金焊接气孔及电弧稳定性的影响规律提供了依据,也为送丝机节流阀孔径的选择提供了参考依据。

新能源汽车铝电池盒MIG焊接新工艺

在铝合金电池盒实际生产中,由于焊接位置较多、焊接接头板厚差异大,焊接一次合格率很难控制,这就需要研发一种焊接工艺提升铝合金薄厚板焊接的稳定性。目前铝合金电池盒MIG焊接主要是直流脉冲焊接,其中包括直流单脉冲或直流双脉冲焊接。通过分析发现,采用直流+交流摆动同步双脉冲焊接,在相同电流情况下可有效降低焊接热输入,在相同热输入情况下可增加焊缝a值。并在铝合金薄厚板焊接时,可在厚板位置使用直流脉冲,薄板位置使用交流脉冲,保证厚板熔深且薄板不烧穿。摆动同步交直流焊接技术已经在实际生产中得到应用,并有效提高了焊缝合格率和生产效率。

12 mm厚TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织与性能研究

目的探究TC4激光-MIG复合焊接头显微组织与基本力学性能之间的联系,分析接头不同区域的断裂行为。方法利用激光-MIG复合焊制备TC4钛合金对接接头,采用光学显微镜和扫描电镜观察接头焊缝区、热影响区及母材的显微组织,在室温下进行了显微硬度测试、拉伸性能测试与断裂韧性测试,并对试样断口进行了观察分析。结果接头的焊缝区组织为粗大的β相柱状晶,晶内纵横分布着αʹ针状马氏体和针状α相,靠近焊缝一侧的热影响区则由针状αʹ相、α集束与少量细小的块状α相构成。随着远离焊缝中心,母材侧热影响区组织转变为块状的α相、少量α集束及初生β相,并最终趋于与母材组织相似。热影响区的显微硬度值达到最大,这是因为该区域存在比焊缝区更为细小的针状αʹ相。接头的平均抗拉强度和断后伸长率分别为1020.22 MPa和7.38%。接头在拉伸时主要在焊缝区发生断裂。焊缝区展现出比母材区和热影响区更优异的断裂韧性,平均值为87.14 MPa·m1/2,焊缝区内纵横交错的网篮组织与集束是其断裂韧性较高的主要原因。结论在TC4钛合金的激光-MIG复合焊过程中,针状α相和αʹ马氏体的存在会提高焊缝的显微硬度和断裂韧性,但相较于母材塑性没有提升,通过调控焊缝区显微组织结构,可以获得所需性能的接头。

激光-MIG复合角焊缝成形工艺研究

目前,复合焊接技术研究多关注于薄板拼接焊,角焊缝焊接仍采用单热源,焊缝成形效果差。针对8 mm厚的Q235低碳钢板角焊缝,研究了激光-MIG复合焊接时,各工艺参数对角焊缝成形尺寸及熔池状态的影响。结果表明:MIG弧焊熔池飞溅较大,焊缝熔深、熔宽均较小,加入激光热源后,激光对电弧有一定的稳定作用,熔深、熔宽均增大,余高减小。弧焊熔池尺寸随电流增大而增大,当激光熔池与弧焊熔池耦合较好时,有利于稳定熔池、减少飞溅;随热源间距增大,熔滴不再滴入激光作用区,耦合作用下降;随焊接速度提升,热源在单位长度焊缝作用时间变短,熔深、熔宽下降。当激光功率为1.5 kW,焊接电流为220 A,热源间距为2 mm,焊接速度为600 mm/min时,弧焊熔池与激光熔池耦合好,熔池最为稳定,焊缝成形最佳。

能量配比对铝合金激光-MIG复合焊接残余应力的影响

【目的】旨在探究不同能量配比下激光−MIG复合焊接7075铝合金的残余应力分布规律及机理。【方法】在焊接过程中对工件不同位置的焊接热循环进行了测量,焊后使用X射线衍射仪测量了激光−MIG复合焊接接头残余应力分布,分析了不同能量配比下接头残余应力的变化规律。【结果】结果表明,当总热输入不变时,随着激光功率增加及MIG功率减小,焊接穿透能力增强,焊缝熔深逐渐增加,熔宽逐渐减小;且当能量配比系数过大时,焊缝成形质量下降。残余应力在垂直于焊缝方向上整体呈现双峰分布,在焊缝区附近呈现拉应力,在母材区呈现压应力;在平行焊缝方向,残余应力表现为“压—拉—压”趋势。【结论】由于激光能量更为集中,热影响区峰值温度随能量配比系数的增加呈现明显的上升趋势,故而随着激光功率占比的增加,形成较高的温度梯度,导致集中受热区域的残余应力增大;同时,由于MIG功率占比的减小,焊缝及热影响区以外区域残余应力呈现明显的减小趋势。

不同工艺参数MIG焊Inconel 625熔覆层微观组织研究

为了提高Q345钢的使用性能,采用商用Inconel 625实心焊丝以MIG沉积方法制备了镍基熔覆层,随后进行了OM、SEM、EDS、XRD分析和显微硬度测试试验,研究了熔覆层的微观组织、元素分布、不同焊接电流的稀释率、物相组成和表面硬度等。结果表明,采用MIG沉积方法制备的镍基熔覆层与基体结合良好,熔覆层无明显的宏观缺陷;熔覆层从顶部到底部依次产生等轴晶、柱状晶和胞状晶;熔覆层主要由单一的面心立方(fcc)结构γ-Ni固溶体相组成,由于熔覆层存在微观偏析,晶间Nb、Mo等元素浓度较高;随着焊接电流的增大,熔覆层稀释率逐渐变大,熔覆层底部柱状晶受热长大,平均硬度及沿熔覆层截面深度方向硬度均逐渐下降。

5083铝合金激光-MIG复合单面焊双面成形打底焊工艺优化

采用激光-熔化极惰性气体保护电弧(MIG)复合焊对5083铝合金板进行打底焊,以模拟铝合金罐体单面成形对接焊缝,研究了激光束摆动方式(不摆动、直线摆动、圆形摆动、方形摆动)、激光功率(2.5~4.0 kW)、组对间隙(0,1 mm)和错边(0,1 mm)对焊缝成形质量的影响,并分析了优化工艺下接头的力学性能。结果表明:在3.0 kW激光功率下,当激光束不摆动时,焊缝背面不连续并伴有凹坑,当激光束直线摆动时,焊缝内部存在大量气孔;在圆形激光束摆动模式下,当激光功率为2.5 kW时,焊缝背面未形成连续的全熔透焊缝,当激光功率为4.0 kW时,焊缝出现严重的下塌现象。3.0~3.5 kW激光功率以及圆形或方形激光束摆动模式能够实现单面焊背面自由成形,且焊缝成形良好,在不同组对间隙和错边条件下表现出较强的适应性;在激光功率为3.0 kW、激光束摆动模式为圆形摆动的优化工艺下,焊接接头抗拉强度达到母材的90%,正弯和背弯后接头中均未出现裂纹和其他开口缺陷,满足工程应用要求。

TC4钛合金T型接头双面双弧MIG焊接特性研究

对30 mm厚TC4面板和15 mm厚TC4腹板构成的T型角焊缝采用双面双弧MIG方法进行焊接,采用高速摄影对熔滴过渡形态进行了观测,采用数值模拟方法对比了单侧焊接和双面双弧焊接的温度分布,并对双面双弧焊接的焊缝成形进行了观测,对焊接接头组织进行了分析,并对接头显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明:采用双面双弧MIG焊接可以获得成形良好内部无缺陷的焊接接头。焊接熔滴过渡形式为连续的滴状过渡,过渡过程稳定均匀。双侧焊接时,两侧温度场对称分布。接头冶金结合良好,焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部为长针状α'、层片状α和块状α相。面板侧热影响区为残余初生α、层片状α和残余β相。腹板侧热影响区为针状α、层片状α和残余β相。腹板和面板侧热影响区的显微硬度均高于母材。焊接接头抗拉强度达到969 MPa以上,断裂位置位于母材。

7005铝合金主桥节工作站MIG系统设计与焊接接头组织性能研究

应急桥梁作为灾害救援中能发挥出极大作用的救援装备,自身质量应尽量小,铝合金自身密度低、质量轻,可解决这个问题.但目前,应急桥梁的部件仍使用手工焊,这种方法不仅生产效率低,焊接的质量也不稳定.文中使用焊接工作站来焊接主桥节,分析了工件的尺寸、结构和焊缝位置,进行了总体方案的设计,选择了4台机器人搭配单台变位机的焊接方案,完成对工作站总体布局.并对主桥节材料7005铝合金进行了焊接接头组织和性能试验,选择使用单丝MIG焊完成对7005铝合金试样的焊接,并对试样进行力学性能测试.试验表明:焊缝的抗拉强度平均为290.74 MPa,断裂在热影响区;焊缝区的热影响区硬度最低,平均为75 HV,焊缝中心处区稍高,平均为115 HV,母材硬度最高,平均为165 HV.通过金相照片观察试样的接头组织,发现热影响区晶粒粗大,并分析了焊缝产生气孔以及焊缝热影响区软化的原因,并提出了解决措施,可以应用到实际生产中.

中厚板铝合金激光-MIG复合焊接工艺及组织性能

针对8 mm厚6005A-T6铝合金,分别采用I形坡口和Y形坡口进行激光-MIG复合焊接试验,通过对比研究不同坡口形式接头的焊缝成形、组织特征、硬度分布和拉伸性能,分析坡口形式对接头性能的影响规律。结果表明,两种坡口形式均能获得高质量的焊缝,但I形坡口焊缝的电弧主要作用区熔深更大。焊缝中心均为树枝状晶并且晶粒尺寸类似,与Y形坡口相比,I形坡口焊缝柱状晶区的宽度更大,且热影响区存在晶粒粗大的现象。I形坡口焊缝区和熔合线附近的硬度均低于Y形坡口,而热影响区的硬度高于Y形坡口。I形坡口和Y形坡口接头的平均抗拉强度分别为202.0 MPa和205.2 MPa,试样均断裂在熔合线附近,断裂路径与熔合线一致,断口呈现典型的塑性断裂特征。

T4003热轧不锈钢带MIG焊接头性能分析

T4003热轧不锈钢带为实现在酸洗线连续生产,前后钢带需通过MIG焊进行焊接。通过对某钢厂T4003热轧钢带的MIG焊接头进行力学性能测试及微观组织分析,得出T4003焊接接头的焊缝区显微组织由铁素体和奥氏体组成。根据热影响区的组织形态可分为HAZ1、HAZ2和HAZ3三个区域,其中HAZ1由马氏体和铁素体组成;HAZ2由铁素体和块状马氏体组成;HAZ3与HAZ2组织形态相似,但是该区域与其他热影响区相比,马氏体含量较少。热影响区有马氏体组织生成,出现了明显硬化现象,焊接接头在拉伸过程中全部断裂在母材位置,面弯和背弯试验结果未出现断裂现象。

薄壁异质铝合金MIG角焊缝热裂纹萌生机理研究

为研究焊接热裂纹萌生机理,以薄壁7003铝合金型材与6111铝合金板材MIG焊接所得角焊缝裂纹失效件为研究对象,采用渗透探伤、金相观察、扫描电镜、能谱分析、硬度分布等手段分析了焊接裂纹的萌生机制。研究结果表明:位于板材侧的焊接裂纹1、2均为液化裂纹,其长度分别为4235.2μm和1357.4μm,且裂纹2距焊缝边缘最近距离约为165μm;型材侧和板材侧的硬度分布的数值方差分别为7.66和76.89,板材侧波动更大且硬度最大差值达34.32 HV,表明板材受焊接热影响组织与性能恶化更为严重;能谱分析表明裂纹周围的杂质相为沿晶偏聚分布的硬脆AlFeSi低熔点共晶相,其熔化温度低于铝合金熔点且会导致晶界韧性降低,熔化后形成晶间液膜受焊接收缩应力影响易被撕裂导致沿晶液化裂纹的萌生。通过对比分析焊前、焊中、焊后三种状态,研究了晶粒尺寸、焊接应力、低熔点杂质相对铝合金焊接液化裂纹产生机制差异性的影响。

镀锌钢表面状态对镁/镀锌钢MIG焊焊接性的影响

镁/镀锌钢复合结构件设计和使用可有效降低结构和车身质量,是汽车轻量化发展的热门研究方向之一。为了揭示镁/镀锌钢MIG焊中镀锌层的作用,通过对比未处理、硝酸腐蚀、机械打磨3种镀锌钢表面状态所得MIG焊接头的焊缝成形、界面组织、显微硬度和耐蚀性,开展了镀锌钢表面状态对镁/镀锌钢MIG焊焊接性的影响的研究。研究结果表明:镀锌层的存在有利于改善液态镁合金在钢表面的润湿铺展性,有利于界面区的氧化物夹杂的溢出,促进界面反应进行和界面过渡层的形成,且部分Zn元素可进入焊缝区参与焊缝合金化,因此镀锌钢未处理时所得接头焊缝成形美观,界面过渡层均匀连续,无焊接缺陷产生,焊缝区硬度升高,界面区耐蚀性最佳。在此基础上建立了镁/镀锌钢MIG焊中镀锌层的作用模型,可为揭示镁/镀锌钢焊接机理、改善镁/镀锌钢焊接性,以及提高镁/镀锌钢焊接质量提供一定的理论支持,具有重要的研究意义和应用价值。

标准地铁铝合金MIG自动焊气孔缺陷研究

针对采用MIG自动焊焊接标准地铁铝合金车顶型材时,易出现较多气孔缺陷的问题进行了分析探讨。通过采用控制变量的方法,保持焊接电流、电弧电压、焊接速度一致,分别改变保护气体流量的大小和焊枪的摆动情况,对焊缝进行成形、焊接性分析,并进行渗透检测,观察研究气孔缺陷的情况。研究发现:当控制焊接电流、电弧电压、焊接速度一定,保护气体流量<22L/min时,焊缝成形不良,同时有较多气孔产生;当保护气体流量在25~28L/min时,焊缝成形均较好,并且肉眼可见气孔明显减少,渗透检测后发现,气孔缺陷基本消失;当保护气体流量过大时,熔池保护效果下降,电弧温度高,有损伤母材的风险。控制焊接电流、电弧电压、焊接速度和保护气体流量一定,使焊枪摆动,焊枪摆动产生的气孔明显比焊枪不摆动产生的气孔少。