船用鋁合金結(jié)構(gòu)旁路分流雙面電弧焊接工藝及數(shù)值模擬研究.pdf

1、近些年來，鋁合金在我國船舶建造領(lǐng)域用途越來越廣。由于鋁合金擁有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能強(qiáng)、力學(xué)性能良好等優(yōu)點(diǎn)，采用鋁合金結(jié)構(gòu)能極大的提高船舶靈活度、航行速度和使用壽命。傳統(tǒng)鋁合金焊接方式為鎢極氬弧焊/熔化極氬弧焊（TIG/MIG），這兩種焊接方式在質(zhì)量和焊接效率方面都存在一定的局限性。因此開發(fā)新的鋁合金焊接工藝對加強(qiáng)我國船舶建設(shè)具有重大的意義。
　　本文提出旁路分流雙面電弧焊(BC-DSAW)這種低熱輸入高效雙面成型焊接工藝方法

2、。與TIG焊、MIG焊和旁路分流單面焊（BC-MIG）這幾種焊接工藝進(jìn)行對比，該焊接工藝能極大的提高熔深和熱源熔化效率，同時(shí)減少生產(chǎn)過程中的焊接成本。試驗(yàn)探討了不同焊接工藝參數(shù)對鋁合金焊縫形貌特征的影響，研究了焊縫接頭微觀組織，測試了接頭拉伸性能和硬度性能，同時(shí)考慮到艦船長期在海洋環(huán)境中行使，對接頭進(jìn)行腐蝕性能測試，通過分析腐蝕極化曲線和電化學(xué)阻抗譜對比焊縫區(qū)域和母材區(qū)域的耐腐蝕性。
　　研究表明，采用旁路分流雙面焊工藝對船用60

3、61鋁合金焊接優(yōu)勢非常明顯。與TIG焊和BC-MIG焊相比，熔深和熱源熔化效率都有一定的提高。熔池在雙面熱源的作用下發(fā)生“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，呈現(xiàn)中束腰 X型。微觀金相分析表明焊縫區(qū)主要成分為Al4.5FeSi強(qiáng)化相，該強(qiáng)化相使得焊縫區(qū)域硬度和拉伸性能均高于母材。通過腐蝕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于焊材中的Si元素形成的強(qiáng)化相和共晶硅，改善了材料的腐蝕性能，使焊縫區(qū)腐蝕程度和抗腐蝕性均優(yōu)于母材，滿足了在實(shí)際航行過程中鋁合金艦船的強(qiáng)度和耐腐蝕性要求

4、?？紤]到旁路分流單面焊工藝中存在耦合電弧相互吸引的特征，通過主焊槍與副焊槍左右偏移，發(fā)現(xiàn)雙面焊電弧之間同樣存在吸引力，同時(shí)針對實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)裝配精度問題以及鋁合金預(yù)熱對焊接效率的影響，研究了旁路分流雙面焊接工藝對焊槍前后偏移的適應(yīng)性。
　　在試驗(yàn)中得出結(jié)論的基礎(chǔ)上采用ANSYS有限元方法，選擇雙橢球體熱源分布模型進(jìn)行數(shù)值模擬研究，分析了不同工藝下焊接過程中的溫度場和應(yīng)變場，結(jié)果表明雙面焊溫度場分布與實(shí)際焊接熔池形貌吻合度較高。