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    《山東大學》 2019年
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    6061-T6鋁合金高頻脈沖輔助方波交流TIG焊研究

    王亞潔  
    【摘要】:交流TIG焊是鋁合金主要的焊接方法之一。然而,這種焊接方法熔深淺、生產效率較低,而且焊縫接頭中容易產生氣孔、熱裂紋和軟化等焊接缺陷。為了解決這些問題,高頻脈沖交流TIG焊工藝受到了越來越高的重視。然而,高頻脈沖交流TIG焊的應用受到焊接電源容量的限制。因此,本文采用在常規方波交流基礎上,疊加頻率大于10kHz的高頻脈沖電流的方式進行6061Al厚板TIG焊工藝研究。首先,基于板厚為6mm的6061-T6鋁合金平板,開展一系列高頻脈沖輔助交流TIG平板堆焊實驗。分析高頻脈沖參數對電弧形態的影響規律,探究具體的焊接參數(高頻脈沖電流頻率、方波交流TIG焊接電流與高頻脈沖電流的電流匹配關系、高頻脈沖電流占空比)對焊縫成形及組織性能的影響規律。在焊接過程中,利用自主開發的“電參數-圖像同步采集系統”對焊接過程的焊接電流、電弧電壓、電弧形態等進行實時采集,采用電弧壓力測試裝置測試電弧壓力,對焊后焊縫橫斷面的宏觀缺陷和微觀組織形貌分析。實驗結果表明,相比常規交流TIG焊,高頻脈沖的加入,電弧輪廓更為集中,穩定性和挺度明顯提高;焊縫氣孔率顯著降低,焊縫成形良好。大幅度優化了焊接工藝參數,分別得到了板厚為6mm的6061-T6鋁合金平板最大熔深、最低氣孔率、最小晶粒尺寸和最高電弧挺度的最優焊接工藝參數區間:高頻脈沖頻率為30kHz~40kHz,高頻脈沖電流幅值為80A~105A,高頻脈沖占空比為50%。在最優焊接工藝參數區間內,電弧寬度收縮約10%,電弧壓力提升約91%,焊縫熔深提高90%以上(熔深從3.12mm增深至6mm),焊接氣孔率可降低82%,焊縫晶粒尺寸細化37.21%。此外,發現高頻脈沖對熔深的增大作用還受到熔深相對于板厚比例的影響,只有焊縫熔深達到板厚約一半時,高頻脈沖對熔深的增深效果才會顯著,并隨著高頻脈沖電流幅值的增大而增大。在同等焊透的情況下,相比常規交流TIG焊工藝,高頻脈沖輔助交流TIG焊工藝至少可節約20A等效焊接電流的能量。利用最優焊接工藝參數區間的焊接參數,開展了 6mm板厚的6061-T6鋁合金平板對接接頭填絲焊接實驗,對焊接過程中的熔池流動進行高速攝像機拍攝分析,對焊后對接接頭的顯微硬度和抗拉強度進行力學性能對比分析,并對焊接對接接頭的橫斷面宏微觀組織形態特征進行了分析。通過對比常規交流TIG焊工藝,高頻脈沖輔助交流TIG焊工藝的焊縫成形更為良好,接頭組織分布更為均勻,焊縫區晶粒明顯細化,熱影響區減小,對接頭塑性和強度及硬度的提高具有明顯的效果。實驗結果表明,相比常規交流TIG焊,高頻脈沖電流可使焊接接頭(熱影響區)的強度、硬度、塑性分別提高8.5%、22.6%、19.8%,焊縫區的強度、硬度、塑性分別提高6.1%、22.7%、50.8%。研究結果表明,高頻脈沖電流輔助方波交流TIG焊具有工藝參數調節方便、接頭質量好、焊接效率高等明顯的優勢。
    【學位授予單位】:山東大學
    【學位級別】:碩士
    【學位授予年份】:2019
    【分類號】:TG457.14

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