Plasma-MIG复合电弧焊接特性分析

采用Plasma-MIG复合电弧对Q235低碳钢进行堆焊试验,对焊接过程中复合电弧形态、电弧空间分布、焊缝成形及细晶原理进行了分析.结果表明,Plasma-MIG复合电弧焊接过程中,外层等离子电弧单独存在,内层MIG电弧在焊丝端部与外层等离子弧耦合.复合电弧空间温度分布均匀,高温停留时间短,冷却速度快.Plasma-MIG复合电弧在大的等离子电流下,促进填充金属润湿铺展,焊缝熔宽大,成形美观.相同热输入量条件下,等离子电流增大能够促进晶粒自发形核,原奥氏体晶粒及焊缝组织得到细化.

增量型PID恒流恒压控制的Plasma-MIG复合电弧焊接

Plasma-MIG复合电弧焊接对电源的外特性输出及焊接过程控制有着很高的要求,以VC++软件开发工具为平台,推导了适合于Plasma-MIG复合电弧焊接的增量型PID控制算法,实现了对复合电弧焊接过程控制及电源外特性的要求.结果表明,增量型PID恒流恒压控制能够满足Plasma-MIG对电源外特性的输出要求.Plasma电弧和MIG电弧并不是相互独立的,两者以共享的电磁空间、导电气氛和焊丝为媒介建立起耦合关系.Plasma-MIG复合电弧焊接过程中,增量型PID控制下的Plasma电弧能够自发的调节自身电参数,来稳定电弧空间的电流密度,使得焊接过程中无飞溅.采用控制后,Plasma-MIG复合电弧焊焊接过程焊缝铺展好,焊接过程稳定,焊缝成形好.

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.

基于激光——MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔——钎焊

基于激光—MIG复合热源焊接技术实现了5A02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔—钎焊接,并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析。分析结果表明,该焊接技术可以实现5A02铝合金/镀锌钢的高速熔—钎焊接,最高焊接速度可达5m/min,焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化,铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接;焊接接头的抗拉强度可达153.1MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的75.7%,接近于该铝合金熔化焊接头的强度;拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区,接头的断裂主要是塑性断裂,但有脆性断裂的痕迹。对接头的组织和结构进行分析表明:焊缝钎接界面处生成了一薄层Al-Fe金属间化合物,化合物层的平均厚度约为1.51μm,生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5、FeAl3,并且在这些化合物的周围会产生Si元素的富集。

高速列车6005A-T6铝合金型材激光-双丝MIG复合焊

分别利用双丝MIG焊和激光-双丝MIG复合焊进行了高速列车6005A-T6铝合金型材的焊接试验研究,对比分析了两种焊接方法的焊缝成形、焊接变形、接头力学性能及其接头微观组织.结果表明,激光-双丝MIG复合焊接6005A-T6铝合金型材时的焊接速度可达4.5 m/min,焊接过程具有较好的搭桥能力,对接间隙达到1.4 mm时,仍可以获得良好的焊缝成形.当焊接速度大于或等于4 m/min时,复合焊接头的焊接变形量仅为常规双丝MIG焊的40%左右,其抗拉强度达到了母材强度的83%,比常规双丝MIG焊接头的抗拉强度提高了9%左右.

5A02/Q235钢Nd∶YAG激光——脉冲MIG复合热源熔——钎连接

研制开发了铝/钢特种钎剂,利用研制开发的铝/钢特种钎剂成功地实现了5A02铝合金板与普通Q235冷轧钢板的大光斑Nd∶YAG激光—脉冲MIG复合热源熔—钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及成分、钎剂中各成分的作用进行了分析。结果表明,涂有KAlF4+Sn+Zn配方钎剂的Q235试板得到的焊缝成形美观,并且焊接过程稳定;拉伸试验中试样的破坏位置发生在铝母材的焊接热影响区,铝母材热影响区略有软化,接头抗拉强度可达167.3 MPa,约为5A02铝合金母材抗拉强度的83.6%,与5A02铝合金熔化焊接头的强度相当,接头的断裂方式为混合断裂;剪切试验中接头的最高抗剪强度可达106.3 MPa。扫描电镜分析表明,在接头钎焊连接界面处生成了一层厚度约为3.27μm的金属间化合物层;能谱测试结果表明,Al,Fe原子在钎焊界面处扩散较为充分。

激光—双丝复合焊接电弧等离子体温度计算及耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—双丝脉冲MIG复合焊接电弧等离子体辐射规律进行探讨,结合焊接过程中的高速摄像图片探讨激光与电弧的耦合机理,并运用Boltzmann图法计算出电弧等离子体的电子温度。结果表明,加入激光后,电弧的亮度提高,辐射增强,电弧偏向激光作用位置,同时电弧收紧,电弧截面减小,电弧稳定性增强;激光功率、焊接电流和焊丝间距对电弧等离子体温度有比较大的影响,随着激光功率的增加、焊接电流增大和焊丝间距的减小,电弧等离子体电子温度升高。

等离子弧−MIG焊丝振荡式复合焊接工艺

针对现有的等离子弧-MIG复合焊接过程中的双弧排斥问题,基于MIG焊丝位移规律性改变提出了一种新型的MIG焊丝振荡与等离子弧共熔池的复合焊接工艺.通过调节MIG焊丝电机转速(振荡频率)和振荡振幅进行了焊接工艺试验.结果表明,随着电机转速(振荡频率0~41 Hz)的增加,等离子弧与MIG电弧排斥减弱,耦合趋势增大.尤其是电机转速为2000 r/min(振荡频率33 Hz)时,共熔池复合焊接效果较好;MIG焊炬振荡振幅为1 mm时,电弧形状最为稳定,但振荡频率和振荡振幅过大均不利于焊接过程稳定性;MIG焊炬振荡提高了熔滴过渡频率,使焊丝尖部呈现小熔滴过渡,减小了焊接飞溅.对接试验力学性能测试表明,抗拉强度、抗弯强度均随振荡频率的提高呈现先增大后减小趋势,分析认为MIG焊炬振荡具有一定搅拌熔池的作用,有效提高了焊接接头的力学性能.

高强铝合金熔化极等离子弧复合焊接

利用自动化Plasma-MIG复合电弧焊接实验平台,进行了2219高强铝合金表面堆焊实验。结果显示:Plasma-MIG复合电弧焊接工艺对铝合金具有良好的清理作用,能够改善高强铝合金的焊接性,提高焊缝组织硬度。等离子弧的引入改变了液态金属的流动方式,有利于过饱和氢气析出,减少焊缝气孔缺陷,当工艺参数匹配合理时,焊缝成形良好,可实现2219高强铝合金的高质量焊接。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头中的Al-Fe金属间化合物层分析

分析了铝／镀锌钢复合热源熔-钎接头中Al-Fe金属间化合物层的相结构，研究了焊接热输入对接头中Al-Fe金属间化合物层厚度的影响及化合物层厚度对接头抗剪强度的影响。结果表明，生成的Al-Fe金属间化合物层主要由Fe3Al，FeAl2，Fe2A15以及FeAl3组成。并且Al-Fe金属间化合物的生成过程伴随着Si元素的富集现象；Al-Fe金属间化合物层厚度随焊接热输入的增大而增大，但电弧能量对化合物层厚度的影响要大于激光能量对化合物层厚度的影响；Al-Fe金属间化合物层厚度并非越薄越好，化合物层厚度在1．5～4μm范围内，Al-Fe金属间化合物层厚度对接头抗剪强度的影响不大。

铝/镀锌钢复合热源熔—钎接头的局部“未钎合”缺陷分析

对铝/镀锌钢复合热源熔—钎连接过程中出现的局部"未钎合"缺陷的原因进行了研究,并制定了相应的抑制和消除缺陷的措施。结果表明,焊接热输入不足是导致铝母材熔合线根部位置产生局部"未钎合"缺陷的根本原因,而铝母材熔合线根部位置的熔池金属和钢板达不到Al-Si钎料与钢所需要的钎焊温度是产生局部"未钎合"缺陷的直接原因。局部"未钎合"缺陷的产生还与熔池的流动及母材金属的散热等因素有间接的关系。铝/钢熔—钎焊缝熔合线根部局部"未钎合"缺陷可以通过适当地增大焊接热输入及改变激光与电弧的空间位置以提高激光对钢母材的加热效果来抑制和消除。

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊"洋葱圆环"状结合的铝-铝-钢复合过渡接头.针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄.对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al_(5)Fe_(2)Zn_(0.4)和Al_(7)Fe_(3)Si_(0.3).对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.