不銹鋼及其管件制品因其具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,足夠的強(qiáng)度以及良好的塑性,被廣泛應(yīng)用于壓力管道、工業(yè)建筑、家具裝飾以及食品、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。鎢極惰性氣體(Tungsten inert gas,TIG)保護(hù)焊具有焊接過程穩(wěn)定、成本低、焊接質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),尤其適合薄板結(jié)構(gòu)的焊接,是目前不銹鋼薄壁結(jié)構(gòu)主要焊接工藝。由于其鎢極載流能力有限,電弧功率受到制約,焊接速度較低,而通過同步提高焊接速度和焊接電流的方法進(jìn)行單TIG高速焊接,難以獲得成形良好的焊縫,并且存在熱輸入過大造成的焊縫晶粒粗大、耐晶間腐蝕性能下降等問題。針對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展對(duì)優(yōu)質(zhì)高效、低成本焊接工藝方法的需求,本文在開發(fā)出的列置雙TIG電弧高速焊接工藝基礎(chǔ)上,提出雙直流脈沖協(xié)調(diào)匹配的列置雙脈沖TIG(雙P-TIG)高速焊接工藝,以期進(jìn)一步降低工業(yè)薄壁不銹鋼管的高效焊接生產(chǎn)中的熱輸入。:在雙直流脈沖協(xié)調(diào)匹配列置雙TIG高速焊接過程中,利用脈沖峰值階段主'TIG電弧產(chǎn)生足夠的熔深,保證焊縫熔透及背面焊縫成形,此時(shí)的輔助電弧電流處于基值維弧階段,以減小輔助電弧不必要的熱輸入及其對(duì)主TIG熔池的干擾,保證主TIG電弧燃燒及熔池形態(tài)穩(wěn)定;當(dāng)主電弧電流處于基值維弧階段時(shí),輔助TIG電弧電流達(dá)到峰值,一方面持續(xù)加熱熔池尾部、延長(zhǎng)熔池液態(tài)金屬存在的時(shí)間,保證其有充足的時(shí)間回流,另一方面,處于峰值電流的輔助TIG電弧對(duì)熔池產(chǎn)生較大的向前推力,阻止熔池液態(tài)金屬向尾部堆積,并促進(jìn)熔池金屬回流,從而在降低焊接熱輸入的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)高速焊接熔池的熱力聯(lián)合調(diào)控,有效防止咬邊和駝峰焊道等表面成形缺陷的產(chǎn)生。通過建立兩型號(hào)規(guī)格相同的逆變式直流脈沖TIG焊接電源之間的通訊協(xié)議,實(shí)現(xiàn)兩焊接電源輸出焊接電流脈沖頻率相同,相位差任意可調(diào)的目的。建立兩脈沖協(xié)調(diào)控制模塊,搭建了雙直流脈沖協(xié)調(diào)控制列置雙TIG電弧高速低熱輸入焊接工藝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。針對(duì)主輔脈沖焊接電流不同相位、不同占空比開展高速焊接工藝實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)主輔電弧不同時(shí)處于峰值階段時(shí),主電弧與輔電弧之間的相互作用較弱,可避免兩電弧相互干擾所導(dǎo)致的熔池紊亂,易于獲得成形良好的焊縫。對(duì)1.2 mm厚304不銹鋼薄板進(jìn)行對(duì)接實(shí)驗(yàn),采用雙P-TIG電弧高速焊接工藝,在3.0m/min焊接速度下可以獲得良好的焊縫成形;與傳統(tǒng)單TIG焊接工藝相比,焊接速度提高了 150%,焊接熱輸入降低了 17.5%;與恒流雙TIG高速焊接工藝相比,焊接熱輸入降低了 14.5%,而焊接接頭抗拉強(qiáng)度、延伸率和硬度相當(dāng),焊縫區(qū)及熱影響區(qū)寬度較窄,晶粒平均直徑分別降低了12%和17.2%。焊縫晶粒形態(tài)分析表明,在焊接速度為3m/min時(shí),雙P-TIG焊縫凝固過程中并未形成對(duì)向晶粒,焊縫中心兩側(cè)組織為較大的奧氏體樹枝晶,并與焊縫中心軸成一定角度,以焊縫中心軸為軸線向中上部方向?qū)ΨQ生長(zhǎng)。相比傳統(tǒng)單TIG焊縫,雙P-TIG焊縫強(qiáng)度較高,相比雙TIG焊縫,雙P-TIG焊縫晶粒平均直徑較低。工藝實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,列置雙P-TIG電弧高速焊接工藝,既可以保持列置雙TIG工藝的優(yōu)勢(shì),在高速焊接條件下防止缺陷的產(chǎn)生,又可以減小不必要的熱輸入,避免焊縫中心及熱影響區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大,最終獲得性能優(yōu)良的焊接接頭。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG444.74
【部分圖文】：

張力梯度對(duì)熔池金屬流動(dòng)的影響。表面張力較小的液體粘度較小，流動(dòng)性較好，逡逑在熔池金屬凝固過程中，具有較小表面張力的液體將向較大表面張力的液體方向逡逑流動(dòng)。熔深與表面張力溫度梯度的關(guān)系，如圖１．２所示逡逑ｔａ＞ｔｂ逡逑＾？邐ｆ逡逑圖１．２熔深與表面張力溫度梯度的關(guān)系逡逑ｈ、ｈ分別為熔池中心與熔池兩側(cè)的溫度值，ｙ為表面張力。當(dāng)熔池表面未逡逑涂敷活性劑時(shí)，中心區(qū)域溫度乃要高于周邊區(qū)域溫度Ａ，此時(shí)，表面張力溫度逡逑梯度為負(fù)，即辦／ｃ／ｒ＜０，中心區(qū)域表面張力較小，熔池中心金屬將流向兩側(cè)，逡逑從而形成寬而淺的焊縫。當(dāng)熔池表面涂敷活性劑時(shí)，活性劑中某些元素作用可使逡逑表面張力溫度梯度由負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎�，即辦／＾；Ｔ＞０，中心區(qū)域表面張力較大，周圍逡逑的金屬流向熔池中心，形成窄而深的焊縫。逡逑張瑞華等人［２９］于２００１年對(duì)低碳鋼高效ＴＩＧ焊活性劑進(jìn)行了研制，所得到的逡逑配方可使焊接熔深增加３倍

種新型方波雙逆變電磁攪拌裝置，對(duì)０．５邋＿厚的不銹鋼進(jìn)行不填絲高速ＴＩＧ對(duì)逡逑接焊，外加橫向磁場(chǎng)可獲得表面成形良好的焊縫，焊接速度可達(dá)５．５邋ｍ／ｍｉｎ，如逡逑圖１．４所示。逡逑鎢極邋１＇！逡逑電弧放／邐：逡逑ｒ邐Ｔｆｆａ邋；逡逑圖１．４方波雙逆變電磁攪拌裝置＿逡逑通過外加縱向磁場(chǎng)，電弧明顯收縮，并且在激磁電流一定的情況下，隨著磁逡逑場(chǎng)頻率的增加，電弧收縮更加明顯［４２］。在高速ＴＩＧ焊接過程中引入磁場(chǎng)，使得逡逑電弧在洛倫茲力作用下的形態(tài)發(fā)生變化，陽(yáng)極斑點(diǎn)沿焊接方向移動(dòng)一定長(zhǎng)度，使逡逑電弧收縮并矯正電弧后拖，增加了電弧在焊縫橫截面的存在時(shí)間，有效降低了焊逡逑縫溫度梯度，最終減小甚至消除咬邊傾向［４３］。楊旭［４４］于２０１２年發(fā)現(xiàn)低頻磁控焊逡逑接電弧壓力呈現(xiàn)環(huán)形雙峰分布特征，電弧形態(tài)由錐形向扇形或鐘罩形轉(zhuǎn)變，高頻逡逑磁控電弧壓力呈現(xiàn)柱狀分布特征，揭示了邋ＴＩＧ電弧高頻磁壓縮機(jī)理。逡逑１．２．３邋激光－ＴＩＧ邋復(fù)合焊接技術(shù)（Ｌａｓｅｒ－ＴＩＧ邋Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｗｅｌｄｉｎｇ）逡逑２０世紀(jì)７０年代末

Ｏｎｏ等人于２００２年將激光－ＴＩＧ復(fù)合焊應(yīng)用于汽車裝配鍍鋅鋼板的逡逑搭接中，解決了激光焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)氣孔的問題，焊接速度為３邋ｍ／ｍｉｍ如逡逑圖１．５所示。當(dāng)搭接公差較大時(shí)，激光－ＴＩＧ復(fù)合焊仍然可以抑制氣孔的產(chǎn)生，獲逡逑得質(zhì)量合格的焊接接頭，實(shí)現(xiàn)高效率焊接。逡逑ＹＡＧ邋ｌａｓｅｒ邋ｂｅａｍ逡逑Ｗｅｌｄｍｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋Ｉ邋Ｍ逡逑（ａ）激光－ＴＩＧ電弧復(fù)合熱源焊接示意圖邐（ｂ）焊縫橫截面形貌逡逑圖１．５激光－ＴＩＧ復(fù)合搭接焊示意圖以及焊縫橫截面宏觀形貌逡逑Ｈｕ等人于２００５年研究了激光對(duì)電弧的作用機(jī)理，揭示了電弧穩(wěn)定的原因，逡逑主要是電弧等離子體電離作用增強(qiáng)，如圖１．６所示。一方面激光束作用于電弧，逡逑電弧吸收少量的能量，使自身的能量X椙�，促进等离转q宓繢耄渙硪環(huán)矯嬗捎詡ゅ義瞎饈溝煤阜旖鶚粽舴�，蒸发的焊缝靳橍蕼先离转q宓淖槌沙煞址⑸浠�。甚r鰣義狹礁齜矯媧偈乖詰緇「亢突≈湫緯梢桓齦叩嫉緶飾榷ㄐ鄖康牡壤胱油ǖ潰義洗傭朔獠孔饔昧Χ緣緇〉母扇擰＃遙椋猓椋愕熱耍簦矗梗熱宋淙患す猓裕桑歉春蝦附臃藉義戲ǹ梢雜行б種頻ト仍春附庸討脅娜畢藎鹽�、脆许嵿、气孔谍x�，但仅埩x轄鍪墻檔腿畢菪緯傻目贍芐�。葰g

本文編號(hào)：2825578