變極性等離子�。╒ariable polarity plasma arc,VPPA）-MIG復(fù)合焊接是針對厚板鋁合金材料的一種優(yōu)質(zhì)、高效、深熔的焊接技術(shù),該工藝結(jié)合了VPPA焊接的高能量密度、強(qiáng)穿透能力以及清理氧化膜作用和MIG焊接的高效率以及易于填充金屬的雙重優(yōu)點(diǎn),同時又彌補(bǔ)了MIG焊接熔深淺、VPPA僅能立焊成形等不足,具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。目前,對該復(fù)合焊接的研究主要集中在工藝方面,而對其物理現(xiàn)象數(shù)值模擬的研究未見報(bào)道。并且,復(fù)合焊接參數(shù)多,物理過程復(fù)雜,僅通過試驗(yàn)指導(dǎo)焊接工藝不利于推廣和應(yīng)用。本文利用數(shù)值模擬技術(shù),通過開發(fā)合適的有限元計(jì)算模型,進(jìn)行了鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接溫度場和應(yīng)力場的分析。這將有助于復(fù)合焊接工藝機(jī)理研究以及焊接參數(shù)和焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。本研究以中厚板7A52鋁合金為研究對象,采用激光導(dǎo)熱儀（LAF）和差示掃描量熱儀（DSC）測量并分析了7A52鋁合金材料的熱物理性能,建立了考慮7A52鋁合金相變的材料熱物理性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫。針對鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接開發(fā)了適用的組合式體積熱源模型。根據(jù)VPPA在不同極性階段的熱源特性... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：132 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

同軸式Plasma-M

第一章緒論3同軸式復(fù)合焊工藝包括偏置鎢極式和同軸噴嘴式兩種焊槍結(jié)構(gòu)，分別如圖1-1(a)和圖1-1(b)。同軸式Plasma-MIG復(fù)合焊接的MIG焊絲被Plasma電弧包圍，一定幅度的提高了焊絲熔化速率和熔滴過渡頻率，減少了焊接飛濺。然而，如果MIG電流超過某一閾值時，復(fù)合焊的熔滴過渡形式將變?yōu)樾D(zhuǎn)射流過渡[33]。至今，同軸式Plasma-MIG復(fù)合焊接已經(jīng)得到了廣泛的研究：JelmoriniG等人[34]研究了Plasma-MIG復(fù)合焊焊絲熔化率與電流的關(guān)系。研究表明，復(fù)合焊接的焊絲熔化率高于MIG焊的焊絲熔化率。由于Plasma電弧中心具有極高的溫度，MIG焊絲穿過等離子電弧，Plasma電弧對MIG焊絲具有預(yù)熱的作用，致使焊絲的電阻率升高，大幅度提高了焊絲的電阻熱，從而提高了MIG焊絲的熔敷效率。Ton[35]通過光譜分析研究了Plasma-MIG復(fù)合熱源內(nèi)外兩層的電弧物理特性，如圖1-2為復(fù)合電弧的溫度分布，研究表明內(nèi)弧和外弧的溫度和成分具有一定的差異，內(nèi)弧的溫度低且具有少量的金屬蒸氣，通過光譜分析發(fā)現(xiàn)Plasma電弧的溫度是MIG電弧的兩倍。復(fù)合電弧最高溫度能夠達(dá)到13000K，并且部分MIG電流流入了等離子體電弧中。圖1-2Plasma-MIG復(fù)合焊接電弧溫度分布[35]Fig.1-2TemperaturedistributioninthePlasma-MIGhybridweldingarcOnoK等人[36]通過電弧形態(tài)以及電信號分析表明，由于Plasma電弧對MIG焊絲和熔池具有預(yù)熱效應(yīng)，優(yōu)化了焊縫成形，降低了焊接飛濺或無明顯飛濺。Hee-keunLee等人[37]研究了Plasma電流對Plasma-MIG復(fù)合焊縫表面缺陷的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Plasma電流超過200A時，將會產(chǎn)生不對稱的焊縫并且出現(xiàn)黑色污點(diǎn)，如圖1-3所示。與MIG焊對比發(fā)現(xiàn)，Plasma-MIG復(fù)合焊污點(diǎn)要少于單MIG焊。

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文4圖1-3Plasma-MIG復(fù)合焊焊縫表面以及橫截面[37]Fig.1-3Beadsurfaceandtransversecross-sectionofPlasma-MIGhybridweldsEssers等人[38]通過量熱計(jì)分別分析了Plasma-MIG復(fù)合焊接以及MIG焊接的電弧熱效率。復(fù)合焊接電弧熱效率為65%（±3%），MIG焊接電弧熱效率為71%（±3%）。對于Plasma-MIG復(fù)合焊接，作為陽極的Plasma壓縮噴嘴產(chǎn)生的部分熱量被冷卻系統(tǒng)所吸收，因此熱效率相對減少。BaiYan等人[39,40]研究了熔滴過渡過程，表明Plasma電弧的引入優(yōu)化了MIG熔滴的過渡頻率和過渡形式，擴(kuò)寬了焊接工藝區(qū)間。并且研究了焊接參數(shù)對復(fù)合焊焊縫氣孔率的影響，通過方差分析得到了高質(zhì)量、無氣孔的焊接接頭。然而，由于同軸式焊槍的結(jié)構(gòu)原因，同軸式Plasma-MIG焊接工藝仍然存在一些不足。Resende等人[41]研究表明，同軸Plasma-MIG復(fù)合焊接熱源與工件的接觸面積大，導(dǎo)致熱源對工件的加熱面積大，產(chǎn)生的焊接熔池寬而淺，不利于產(chǎn)生大熔深的焊縫。Essers和Walter[42]研究發(fā)現(xiàn)，在大電流時焊絲尖端周圍的電弧具有旋轉(zhuǎn)的趨勢，從而使熔滴轉(zhuǎn)移到熔池時分布在一個較寬的區(qū)域。以上這些現(xiàn)象表明，同軸Plasma-MIG復(fù)合焊不適合于厚板的大熱輸入的焊接，只能在較低的Plasma電流的范圍內(nèi)工作。同軸Plasma-MIG復(fù)合焊接中MIG電源通常采用直流反接形式，為了避免兩個電弧之間的相互影響不發(fā)生串弧現(xiàn)象，鎢電極同樣需要采用反接的形式。因此，由于鎢電極為陽極將會被大量的電子撞擊，致使鎢電極產(chǎn)生大量熱，從而產(chǎn)生鎢極燒損現(xiàn)象，嚴(yán)重的制約了Plasma的工作電流。在連續(xù)焊接的過程中，為了防止鎢電極燒損僅容許使用較小的電流進(jìn)行焊接，很難完成厚板結(jié)構(gòu)的焊接。同軸Plasma-MIG復(fù)合焊的MIG導(dǎo)電嘴置于Plasma電極碳環(huán)內(nèi)部，MIG電弧包裹在Plasma?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Macro-micro dynamic behaviors and fracture modes of roll bonded 7A52/7A01/7B52 aluminum laminates in high velocity deformation[J]. Guochuan Zhu,Shuhui Huang,Xiwu Li,Zhihui Li,Youzhi Tong,Yongan Zhang,Baiqing Xiong.  Progress in Natural Science:Materials International. 2018(04)
[2]基于焊縫熔深優(yōu)化的7075鋁合金等離子-MIG復(fù)合焊接熱裂紋敏感性[J]. 邵盈愷,王玉璽,楊志斌,史春元.  金屬學(xué)報(bào). 2018(04)
[3]基于復(fù)合熱源模型的Al-Mg-Zn鋁合金脈沖MIG焊接模擬[J]. 張曉鴻,陳靜青,陳輝.  焊接學(xué)報(bào). 2018(01)
[4]熔焊熱過程與熔池行為數(shù)值模擬的研究進(jìn)展[J]. 武傳松,孟祥萌,陳姬,秦國梁.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(02)
[5]多重?zé)嵫h(huán)和約束條件對P92鋼焊接殘余應(yīng)力的影響[J]. 鄧德安,任森棟,李索,張彥斌.  金屬學(xué)報(bào). 2017(11)
[6]固態(tài)相變對10Ni5CrMoV鋼焊接殘余應(yīng)力的影響[J]. 王蘋,劉永,李大用,方洪淵.  焊接學(xué)報(bào). 2017(05)
[7]變極性等離子弧焊電弧物理特性的數(shù)值模擬[J]. 陳樹君,徐斌,蔣凡.  金屬學(xué)報(bào). 2017(05)
[8]穿孔型等離子弧焊接熱-力耦合模型優(yōu)化[J]. 胡慶賢,徐斌,王曉麗,付志偉.  焊接學(xué)報(bào). 2017(01)
[9]鋁合金VPPA-MIG復(fù)合焊接電弧形態(tài)及伏安特性[J]. 洪海濤,韓永全,童嘉暉,龐世剛.  焊接學(xué)報(bào). 2016(09)
[10]固態(tài)相變對P92鋼焊接接頭殘余應(yīng)力的影響[J]. 鄧德安,張彥斌,李索,童彥剛.  金屬學(xué)報(bào). 2016(04)

博士論文
[1]激光+GMAW-P復(fù)合熱源焊焊縫成形的數(shù)值模擬[D]. 胥國祥.山東大學(xué) 2009
[2]高強(qiáng)可焊7A52鋁合金板材熱處理及其相關(guān)基礎(chǔ)研究[D]. 黃繼武.中南大學(xué) 2008
[3]穿孔等離子弧焊接溫度場的有限元分析[D]. 胡慶賢.山東大學(xué) 2007
[4]等離子-MIG焊接方法及其雙弧復(fù)合特性的研究[D]. 張義順.沈陽工業(yè)大學(xué) 2006

碩士論文
[1]等離子-MIG復(fù)合焊熔滴過渡行為的數(shù)值模擬[D]. 范津銘.大連交通大學(xué) 2018
[2]AZ31B鎂合金型材等離子-MIG復(fù)合焊工藝研究[D]. 劉正.西南交通大學(xué) 2016
[3]非熱處理強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)度模型的研究[D]. 尤思航.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]Q345B鋼等離子-MAG復(fù)合焊工藝研究[D]. 孫彥文.西南交通大學(xué) 2015
[5]鋁合金等離子-MIG復(fù)合焊工藝研究[D]. 魏波.西南交通大學(xué) 2014



本文編號：3108226