【摘要】：隨著造船業(yè)的快速發(fā)展,人們對船舶的環(huán)保、節(jié)能、耐腐蝕性能、使用壽命等提出了越來越高的要求。但傳統(tǒng)的造船材料由于自身的材料特性,很難滿足這些要求。鋁合金由于密度小、抗腐蝕能力強(qiáng)、比強(qiáng)度和比模量較高,能夠大幅減輕船體重量,減少燃油消耗和提高船舶使用壽命,在船舶領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但鋁合金存在焊接難的問題,目前廣泛使用的MIG/TIG焊接方法焊接質(zhì)量差、效率低,嚴(yán)重制約著鋁合金在船舶領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用。因此,研究新的焊接工藝進(jìn)行鋁合金焊接對促進(jìn)我國船舶行業(yè)的發(fā)展具有重大意義。針對鋁合金焊接特點(diǎn),本文提出了一種等離子分流熔化極弧焊接新工藝。該新工藝是在進(jìn)行熔化極等離子弧焊時(shí),利用等離子焊槍噴嘴與焊絲之間產(chǎn)生的電弧作為旁路來分流一部分通過母材的焊接電流,該工藝既能發(fā)揮熔化極等離子弧焊接的優(yōu)點(diǎn),又能實(shí)現(xiàn)對焊接熱輸入良好的控制。本文針對該新工藝,設(shè)計(jì)并制造了新型焊槍,搭建了焊接試驗(yàn)平臺,并應(yīng)用該新工藝對6mm和2mm厚5083鋁合金進(jìn)行焊接試驗(yàn)。試驗(yàn)研究了不同工藝參數(shù)對焊縫成形的影響,檢測焊接過程的電信號和熔滴過渡,建立他們與焊接穩(wěn)定性、焊縫成形的內(nèi)在聯(lián)系,研究旁路電流對減小焊接熱輸入的作用機(jī)理,對得到的對接接頭進(jìn)行組織分析和力學(xué)性能測試。研究結(jié)果表明,在合適的焊接參數(shù)下,該新工藝能實(shí)現(xiàn)中厚(6mm)鋁合金板的單面焊雙面成形和薄(2mm)鋁合金板的高速焊接。獲得的對接接頭具有較高的強(qiáng)度,其拉伸強(qiáng)度的平均值為283MPa,達(dá)到或接近母材的強(qiáng)度,斷裂形式為韌性斷裂。在焊接過程中,觀察到的熔滴過渡主要有短路過渡和射滴過渡,短路過渡時(shí),旁路電流不穩(wěn)定,存在較大的焊接飛濺,焊縫成形較差,射滴過渡時(shí),電流波動較小,熔滴過渡穩(wěn)定,能獲得良好的焊縫成形。旁路電流對穩(wěn)定電弧,減小焊接熱輸入具有重大作用,在主路電流不變時(shí),增大旁路電流,通過母材的電流減小,此時(shí)電弧對母材的陰極產(chǎn)熱減少,焊接熱輸入降低,焊縫熔深,熔寬明顯減小。等離子分流熔化極弧焊接工藝在鋁合金焊接時(shí)不僅能提高焊接效率,還能保證接頭質(zhì)量,為鋁合金的焊接提供了一種新的思路,具有較大的研究及實(shí)用價(jià)值,對促進(jìn)鋁合金在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。
【圖文】：

為和熔滴過渡進(jìn)行研宄，結(jié)果表明，在不同的熔滴過渡形勢下，ＴＩＧ電弧對ＭＩＧ電弧逡逑電參數(shù)具有不同的影響。哈爾濱工程大學(xué)王驍驍?shù)热藨?yīng)用旁路分流雙面電弧焊工藝對逡逑６０６１鋁合金的焊接進(jìn)行了研究［２８ｉ，其原理如圖１．３所示，其結(jié)果表明，旁路分流雙面電逡逑弧焊能很好的解決電弧和熔池上熱力合理分布問題，在增加熔深的同時(shí)，能防止焊塌等逡逑缺陷的產(chǎn)生，，改善焊縫成形和提高焊接質(zhì)量。逡逑送絲機(jī)逡逑ｆ件邐＋邋焊接逡逑電流傳逡逑—Ｉ控制系統(tǒng)ｈｉＭ逡逑圖１．３旁路分流雙面電弧焊原理圖逡逑雙絲ＭＩＧ焊在鋁合金焊接中應(yīng)用比較廣泛，該方法能極大地提高焊接效率［２９］。德逡逑國克魯斯ＴＡＮＤＥＭ雙絲焊工藝在對２－３ｍｍ鋁合金板進(jìn)行焊接時(shí)，最大速度可達(dá)到逡逑６ｍ／ｍｉｎ，在對８ｍｍ以上厚板進(jìn)行焊接時(shí)，恪敷效率最大能達(dá)到２４ｋｇ／ｈ。雙絲ＭＩＧ焊一逡逑般采用兩個(gè)獨(dú)立的噴嘴和兩個(gè)獨(dú)立的電源，兩臺焊機(jī)的焊接參數(shù)獨(dú)立可調(diào)，兩根焊絲都逡逑可以使用脈沖電弧。在焊接時(shí)，兩根焊絲共享一個(gè)熔池，并形成復(fù)合電弧，雙ＭＩＧ復(fù)逡逑合電弧能增強(qiáng)電弧穩(wěn)定性

熔化極等離子弧焊（Ｐｌａｓｍａ－ＭＩＧ）是將等離子弧焊和ＭＩＧ焊進(jìn)行復(fù)合的一種焊接逡逑方法［３３］，最早由荷蘭Ｐｈｉｌｉｐｓ研究中心的Ｗ．Ｇ．Ｅｓｓｅｒｓ和Ａ．ＣNｉｅｆｋｅｎｓ等人提出［３４］。熔化逡逑極等離子弧焊接設(shè)備組成如圖１．４所示，其主要由一臺ＭＩＧ電源、一臺等離子電源、控逡逑制系統(tǒng)、送絲系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、送氣系統(tǒng)等組成。在焊接時(shí)，ＭＩＧ電源正極與焊絲連接，逡逑負(fù)極與母材連接，焊絲通過環(huán)形等離子電極與母材產(chǎn)生ＭＩＧ電弧，同時(shí)，環(huán)形等離子逡逑電極與母材產(chǎn)生等離子電弧，ＭＩＧ電弧被等離子電弧所包圍，形成復(fù)合電弧。等離子電逡逑弧的存在增強(qiáng)了復(fù)合電弧的穩(wěn)定性，焊絲被等離子電弧所包圍，能極大地提高焊絲的熔逡逑化效率，等離子氣與壓縮噴嘴的存在，能提高復(fù)合電弧的能量密度，增強(qiáng)電弧的穿透能逡逑力。在進(jìn)行鋁合金焊接時(shí)，等離子氣會對熔池產(chǎn)生攪拌的作用，有利于熔池中氫的析出，逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U671.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2661935