高低頻脈沖耦合振蕩對鋁合金DP-GMAW焊縫成形的影響機制研究.pdf

1、脈沖熔化極氣體保護焊(P-GMAW)焊接鋁合金具有成本低、效率高等優(yōu)點，使其在國防、航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?；赑-GMAW基礎(chǔ)上開發(fā)的雙脈沖熔化極氣體保護焊(DP-GMAW)以其在鋁合金焊接方面獨特的優(yōu)勢而備受關(guān)注。然而DP-GMAW焊接過程中參數(shù)間的協(xié)調(diào)控制、高低頻脈沖的耦合作用對減少焊接缺陷、提高焊接質(zhì)量的影響機理等尚未明確。本文以汽車用AA5754鋁合金為實驗材料，采用DP-GMAW焊接方法，系統(tǒng)研究了高頻脈沖

2、和低頻脈沖耦合振蕩條件下焊縫成形的機制。通過改變DP-GMAW主要特征參數(shù)，研究多脈沖參數(shù)變化對焊縫成形的影響規(guī)律。并基于對DP-GMAW焊焊接過程的觀察和分析，研究了高低頻脈沖作用下的電弧、熔滴及熔池的動態(tài)行為，以揭示附加低頻調(diào)制脈沖對GMAW焊接接頭成形影響的作用機理。本文的研究成果對進一步認識DP-GMAW焊接動態(tài)過程特征及對焊縫成形的影響機理具有重要的指導意義。
　　論文研究了低頻脈沖頻率(F)對焊縫成形及接頭組織的影響，

3、發(fā)現(xiàn)焊縫表面魚鱗紋尺寸隨著雙脈沖F的增加，魚鱗紋特征逐漸減弱并趨于消失，故可通過改變F以控制焊接接頭魚鱗紋表面成形。同時，焊縫熔深(H)由于受到低頻頻率的影響而呈現(xiàn)波狀變化，從而提出以熔深的最大值和最小值來表征雙脈沖焊縫熔深H。且同時發(fā)現(xiàn)DP-GMAW焊縫的氣孔數(shù)量和晶粒尺寸隨著F的增加而減小。
　　論文研究了DP-GMAW焊接過程中電弧動態(tài)行為及熔滴過渡過程。Tp階段的電弧尺寸要比Tb處的電弧尺寸大，而Tb階段電弧尺寸的變化量較

4、Tp階段的大。熔滴過渡受到DP-GMAW的高、低頻脈沖的影響，低頻峰值Tp階段的熔滴過渡頻率和過渡量比低頻基值Tb階段的熔滴過渡頻率和過渡量高，但其過渡模式均為一脈一滴。
　　論文分析了DP-GMAW電弧動態(tài)行為和熔滴過渡過程的力學特征。電弧對熔池表面的壓力主要取決于焊接電流、電弧的根部寬度和底部投影寬度。高頻脈沖峰值處的電弧壓力為基值處電弧壓力的十倍，對熔池的沖擊作用占主導地位。在F為0Hz到9Hz范圍內(nèi)，隨著F的增加，Tp和T

5、b階段的熔滴和電弧對熔池的沖擊力的切換頻率不斷提高，但是沖擊的幅度降低。熔滴進入熔池時的速度主要受到Tp與Tb階段過渡頻率、高頻脈沖的峰值電流和基值電流、以及熔滴下落高度的影響。單個高頻脈沖中的熔滴對熔池的熱、力影響較小，熔池形貌在短程內(nèi)保持穩(wěn)定的特征;熔滴所攜帶的熱、力對熔池形貌的影響顯現(xiàn)出累積效應(yīng)，在長程內(nèi)呈現(xiàn)出大小強弱變化，導致焊縫熔深波動變化和表面魚鱗紋形成。
　　論文基于針對于熔池觀察的“照明—反光—濾光”視覺檢測系統(tǒng)，

6、清晰地拍攝了DP-GMAW焊接過程中熔池動態(tài)變化過程。在DP-GMAW中，熔池的形貌尺寸不斷發(fā)生變化，Tp階段熔池尺寸較大且液態(tài)金屬的流動也更劇烈。隨著低頻頻率F的增加，熔池尺寸在Tp與Tb間的變化量降低。Tp與Tb的脈沖的交替作用，導致熔池表面出現(xiàn)顯著的變形，其變形量大小與兩個階段輸入到熔池的能量差有密切關(guān)系。Tp與Tb階段熔池前部的下凹程度和尾部的隆起程度分別取決于兩階段的能量。隨著F增加，Tp與Tb階段的熔深和隆起差值逐漸減小。熔

7、池的低頻激振頻率通過熔池中某點所經(jīng)歷的低頻振蕩次數(shù)來表征，即NA=L/VwF。熔池的振蕩幅度取決于Tp和Tb間電弧和熔滴的沖量之差，F(xiàn)較低時，Tp和Tb間電弧和熔滴沖量差別較大，熔池受到低頻沖擊的幅度大，熔池表面變形較大;隨著F的增加，Tp和Tb間電弧和熔滴沖量差別逐漸減小，熔池受到低頻沖擊幅度降低，熔池表面變形減小。且提出了沖擊幅度可以用低頻脈沖峰值期間Tp和基值期間Tb的沖量之差表達式表征，即△J=1/F[NpΣ0(Farc+PD）