利用變極性冷金屬過渡技術(shù)對鋁合金進(jìn)行平板堆焊,改變參數(shù)EP/EN Balance以調(diào)整正/負(fù)極性的比例。通過高速攝像及電信號采集系統(tǒng)對熔滴過渡過程和焊接過程電信號進(jìn)行采集分析。通過金相分析,研究EP/EN Balance對焊道成形的影響。結(jié)果表明:變極性冷金屬過渡堆焊過程中,正極階段的熱輸入明顯高于負(fù)極階段,從而實(shí)現(xiàn)了"冷"和"熱"的交替;通過調(diào)節(jié)EP/EN Balance參數(shù),可以改變正/負(fù)極的比例,從而對焊接熱輸入進(jìn)行調(diào)控;利用變極性冷金屬過渡技術(shù)對鋁合金進(jìn)行堆焊,焊道外觀成性良好;隨著EP/EN Balance增加,熔深和接觸角增大,余高降低。 

【文章來源】：吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2020,50(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

采集系統(tǒng)示意圖

如圖2所示，不同EP/EN Balance的VP-CMT焊接過程均包括EP階段和EN階段。在EP階段，鋁板作為陰極發(fā)射電子，在鋁板表面形成陰極斑點(diǎn)；在EN階段，焊絲作為陰極發(fā)射電子，在焊絲上形成陰極斑點(diǎn)[10]。電流極性轉(zhuǎn)變（EP與EN轉(zhuǎn)變過程）均發(fā)生在短路階段。一個(gè)焊接周期內(nèi)，當(dāng)EP/EN為-2時(shí)，正、負(fù)極性周期個(gè)數(shù)分別為1個(gè)和13個(gè)；當(dāng)EP/EN為0時(shí)，正、負(fù)極性周期個(gè)數(shù)均別為7個(gè)；當(dāng)EP/EN為2時(shí)，正、負(fù)極性周期個(gè)數(shù)分別為13個(gè)和1個(gè)�？梢园l(fā)現(xiàn)，一個(gè)焊接周期內(nèi)，EP和EN的總數(shù)量均為14個(gè)；隨著EP/EN Balance的增加，EP數(shù)量增加，EN數(shù)量減少。由于焊絲金屬熔滴向熔池短路過渡包括電弧引燃、焊絲尖端熔滴長大、熔滴與熔池金屬短路接觸過渡過程，這3個(gè)過程均受到電弧長度變化以及熔滴受力變化等因素的干擾，導(dǎo)致EP和EN電流寬度有差別。例如圖2(a）中的13個(gè)EN階段中，第5和第6個(gè)比其他電流寬度明顯增大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，EP和EN階段均由峰值、基值和短路3個(gè)階段組成，且EP和EN階段的基值與峰值電流的絕對值相同。上述3個(gè)階段分別實(shí)現(xiàn)了對焊絲或基板的快速加熱、加熱和快速冷卻過程[11]。與EN階段相比，EP階段的峰值電流持續(xù)時(shí)間更長，即快速加熱階段會(huì)持續(xù)更長時(shí)間。此外，一個(gè)周期內(nèi)EP數(shù)量的增加，導(dǎo)致正極階段電弧作用于基板的時(shí)間延長，使基板的熔化量增加。如圖3所示，其中箭頭方向?yàn)楹附z的運(yùn)動(dòng)方向，在EN階段均出現(xiàn)不同程度的電弧“上爬”現(xiàn)象，大部分電弧能量用來熔化焊絲，導(dǎo)致焊絲熔化系數(shù)增加，此結(jié)果與文獻(xiàn)[5]結(jié)果相同。與EP階段相比，在EN階段大部分的熱量被用于熔化焊絲，作用于基板的熱量減少，導(dǎo)致基板的熔化量降低[11]。EN階段為熔池和基板提供了一個(gè)相對“冷卻”的過程，隨著極性的轉(zhuǎn)換，焊接過程中能量分配的方式發(fā)生改變[12]，導(dǎo)致熔池經(jīng)歷了“加熱”和“冷卻”的循環(huán)往復(fù)過程。因此，可以通過調(diào)節(jié)一個(gè)焊接周期內(nèi)EN和EP的數(shù)量調(diào)控熔敷率和熱輸入。通過對比圖3(a)(b)(c）發(fā)現(xiàn)，試樣2和3的熔滴過渡過程較為穩(wěn)定。對于試樣1，在峰值階段，熔滴形狀發(fā)生變化，且熔滴偏離了焊絲軸線，從而導(dǎo)致飛濺發(fā)生。通過觀察圖3(a)(b)(c）發(fā)現(xiàn)，在EP峰值階段電弧穩(wěn)定燃燒并發(fā)出強(qiáng)烈的弧光，明亮的“鐘罩”狀電弧作用于工件表面；在EP基值階段電弧亮度減弱，作用范圍縮小。當(dāng)焊絲尖端與熔池接觸時(shí)短路過程發(fā)生，電弧熄滅，電壓接近0 V，焊絲開始回抽，從而有助于熔滴與焊絲的分離。之后，電弧重新引燃，開始新的周期。EN階段熔滴過渡與EP階段熔滴過渡特征類似。

如圖3所示，其中箭頭方向?yàn)楹附z的運(yùn)動(dòng)方向，在EN階段均出現(xiàn)不同程度的電弧“上爬”現(xiàn)象，大部分電弧能量用來熔化焊絲，導(dǎo)致焊絲熔化系數(shù)增加，此結(jié)果與文獻(xiàn)[5]結(jié)果相同。與EP階段相比，在EN階段大部分的熱量被用于熔化焊絲，作用于基板的熱量減少，導(dǎo)致基板的熔化量降低[11]。EN階段為熔池和基板提供了一個(gè)相對“冷卻”的過程，隨著極性的轉(zhuǎn)換，焊接過程中能量分配的方式發(fā)生改變[12]，導(dǎo)致熔池經(jīng)歷了“加熱”和“冷卻”的循環(huán)往復(fù)過程。因此，可以通過調(diào)節(jié)一個(gè)焊接周期內(nèi)EN和EP的數(shù)量調(diào)控熔敷率和熱輸入。通過對比圖3(a)(b)(c）發(fā)現(xiàn)，試樣2和3的熔滴過渡過程較為穩(wěn)定。對于試樣1，在峰值階段，熔滴形狀發(fā)生變化，且熔滴偏離了焊絲軸線，從而導(dǎo)致飛濺發(fā)生。通過觀察圖3(a)(b)(c）發(fā)現(xiàn)，在EP峰值階段電弧穩(wěn)定燃燒并發(fā)出強(qiáng)烈的弧光，明亮的“鐘罩”狀電弧作用于工件表面；在EP基值階段電弧亮度減弱，作用范圍縮小。當(dāng)焊絲尖端與熔池接觸時(shí)短路過程發(fā)生，電弧熄滅，電壓接近0 V，焊絲開始回抽，從而有助于熔滴與焊絲的分離。之后，電弧重新引燃，開始新的周期。EN階段熔滴過渡與EP階段熔滴過渡特征類似。綜上分析可知，EN階段與EP階段最顯著的區(qū)別在于：(1)峰值階段的電弧形態(tài)不同，EP階段電弧明亮并呈現(xiàn)“鐘罩”形狀，電弧熱量大部分作用于基板表面，對基板具有顯著的加熱作用，促進(jìn)基板熔化，EN階段的電弧昏暗，作用于基板的區(qū)域相對較��；(2)在EN階段，沿著焊絲出現(xiàn)電弧“上爬”的現(xiàn)象，在EP階段并未出現(xiàn)此特征；(3)與EP峰值階段相比，EN峰值階段的電流和電壓的絕對值明顯偏低，導(dǎo)致EN階段的熱輸入較低；(4)在EP階段，鋁合金基板作為陰極，具有陰極霧化作用，可清理基板表面，使氧化膜破裂，熱量直接輸入至基板。在EN階段，由于電弧“上爬”，焊絲的熔化速率提高，能量直接輸入焊絲，輸入熔池的能量減少。因此，EN階段成為一個(gè)焊接周期中相對較“冷”的階段。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]6082鋁合金超厚板攪拌摩擦焊接頭組織與性能[J]. 宮文彪,朱芮,郄新哲,崔恒,宮明月.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2020(02)
[2]焊接能量對Cu/Al超聲波焊接接頭組織與性能的影響[J]. 谷曉燕,劉東鋒,劉婧,孫大千,馬會(huì)峰.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2019(05)
[3]交流CMT動(dòng)態(tài)電弧特征及熔滴過渡行為分析[J]. 汪殿龍,張志洋,梁志敏,胡云巖,王軍.  焊接學(xué)報(bào). 2014(03)
[4]鋁合金薄板交流CMT焊接過程能量分配研究[J]. 張瑞英,穆森,王軍.  電焊機(jī). 2013(06)
[5]鋁鋰合金交流CMT焊接高頻脈沖復(fù)合電弧焊接技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 汪殿龍,張志洋,王波,梁志敏,王軍.  河北科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(02)

博士論文
[1]基于CMT焊接能量輸入過程控制的鎂/鋁異種金屬焊接研究[D]. 王鵬.天津大學(xué) 2017



本文編號：3623642