超声-TIG复合焊枪优化设计及铝合金焊接试验研究

发布时间：2017-07-08 15:24

  本文关键词：超声-TIG复合焊枪优化设计及铝合金焊接试验研究

  更多相关文章： 超声TIG复合焊 焊枪 电弧 2195铝锂合金 铝管

【摘要】：随着社会的不断进步,工业产品的绿色安全和节约能耗是现在关注的热点,因此需要大大地减轻它们的质量,而铝合金具有密度小、比强度高和优异的耐磨性等特点,广泛地应用于航空航天和交通运输等领域。焊接方法在铝合金构件加工制造中占有至关重要的地位。然而,铝合金的焊接接头中存在很多缺陷,这些缺陷严重限制了铝合金焊接件在工业中的应用范围。焊接铝合金的方法有很多,其中,TIG焊接铝合金有适应性强、操作方便和成本低等特点,具有广泛的应用范围,但是其也存在熔深浅、焊接效率低等问题,而目前提出的超声辅助TIG焊方法可以改善传统TIG焊的缺点,在铝合金的焊接中具有独特的优势。超声TIG复合焊枪是超声TIG焊接方法的重要部件,复合焊枪的好坏直接决定了超声TIG复合焊接结果的好坏。目前,超声TIG复合焊枪装置还不够完善,因此,本文重新优化设计复合焊枪,实现复合焊枪的一体化和实用化。对复合焊枪进行了相应的测试,结果表明复合焊枪可以进行稳定可靠的焊接工作,并确定了复合焊枪的最佳辐射端高度;利用COMSOL有限元软件对变幅杆下方到工件表面上方的空间进行了声场状态模拟,计算出了声压和声辐射力分布特征。采用高速摄像对焊接电弧进行了拍摄,与TIG电弧相比,超声复合电弧发生了收缩现象,弧光变亮,并且首次观察到电弧的周期跳动现象;利用电流电压传感器对焊接电弧测量结果说明超声的加入使电弧电压均值提升,电弧热效率提高。复合电弧产生这些现象的主要原因是超声辐射力影响了电弧等离子体的运动状态。使用普通TIG焊和超声TIG焊对T8态2195铝锂合金进行焊接,接头显微组织观察结果为:焊缝内主要为α-Al与θ-Al2Cu相的共晶组织,普通TIG焊缝内有明显的缩孔存在,而超声TIG焊缝内由于有超声对熔池的振动搅拌作用使其组织更加致密;在熔合区发现Al-Li合金熔焊特有的等轴细晶区,超声TIG焊过程更有利于形成等轴细晶区,因此接头中该种组织较为明显;热影响区内粗大的晶粒以及呈网状分布的硬脆共晶组织是接头断裂的根源。力学性能测试结果表明:超声的加入使接头强度系数和断后延伸率提高;维氏硬度测试结果表明超声焊接接头的软化现象减弱,热影响区相对较窄,对应的接头力学性能较好。最后,完成了小直径铝管和大直径铝管的焊接工作,得到了成形良好的焊接接头,并且接头符合相关的标准要求。
【关键词】：超声TIG复合焊 焊枪 电弧 2195铝锂合金 铝管
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 超声TIG复合焊的研究现状11-19
• 1.2.1 超声复合焊枪的研究与改进12-15
• 1.2.2 超声对TIG焊的影响15-17
• 1.2.3 超声作用机理17-19
• 1.3 铝锂合金焊接性的研究19-21
• 1.3.1 铝锂合金焊接技术特点19
• 1.3.2 气孔敏感性19-20
• 1.3.3 热裂纹敏感性20
• 1.3.4 接头软化20-21
• 1.4 课题主要研究内容21-22
• 第2章 试验材料、设备及方法22-36
• 2.1 试验材料22-23
• 2.2 试验设备23-25
• 2.2.1 超声电源23-24
• 2.2.2 焊接电源24
• 2.2.3 变位机24-25
• 2.3 超声TIG复合焊枪25-33
• 2.3.1 超声焊枪的变幅杆设计25-29
• 2.3.2 超声焊枪的其余部件设计29-32
• 2.3.3 超声焊枪的整体结构32-33
• 2.4 试验方法33-35
• 2.4.1 金相分析33-34
• 2.4.2 力学性能试验34-35
• 2.4.3 SEM组织成分分析35
• 2.4.4 X射线衍射分析35
• 2.4.5 高速摄像拍摄35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 超声TIG复合焊枪性能及电弧物理特性研究36-53
• 3.1 超声TIG焊枪的性能测试36-44
• 3.1.1 超声振动系统分析36-37
• 3.1.2 复合焊枪冷却效果测试37-38
• 3.1.3 最佳辐射端高度测量38-40
• 3.1.4 超声声场分布模拟40-44
• 3.2 超声TIG复合电弧特性研究44-51
• 3.2.1 复合电弧形态分析45-50
• 3.2.2 复合电弧电流电压的测量50-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第4章 2195 铝锂合金的焊接53-71
• 4.1 无脉冲焊接53-63
• 4.1.1 焊接参数及焊缝成形53-55
• 4.1.2 焊接热循环分析55-57
• 4.1.3 接头组织分析57-62
• 4.1.4 力学性能测试62-63
• 4.2 脉冲焊接63-70
• 4.2.1 焊接参数及焊缝成形63-64
• 4.2.2 焊接热循环分析64-65
• 4.2.3 接头组织分析65-68
• 4.2.4 力学性能测试68-70
• 4.3 本章小结70-71
• 第5章 超声TIG复合焊在铝管焊接中的应用71-80
• 5.1 小直径铝管的焊接71-76
• 5.1.1 铝管尺寸71
• 5.1.2 铝管的清洗71-72
• 5.1.3 铝管的点固72
• 5.1.4 铝管的焊接72-74
• 5.1.5 正式产品的焊接74-76
• 5.1.6 气密性及爆破试验76
• 5.2 大直径铝管的焊接76-79
• 5.2.1 铝管尺寸76-77
• 5.2.2 夹具的设计77-78
• 5.2.3 铝管的焊接78-79
• 5.3 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-88
• 致谢88

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 袁鹤然;范成磊;林三宝;杨春利;;超声交流TIG复合焊接电弧特性及行为研究[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年

，

本文编号：535171