Plasma-MIG電弧耦合機(jī)制及2219鋁合金焊接工藝研究.pdf

1、2219鋁合金為Al-Cu系高強(qiáng)鋁合金,由于其具有良好的力學(xué)性能,是制造火箭貯箱的理想材料之一。針對(duì)常規(guī)熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)焊接2219鋁合金氣孔多、焊接接頭質(zhì)量差、焊接效率低等問題,本文以Plasma-MIG復(fù)合熱源耦合機(jī)制及對(duì)應(yīng)的焊接工藝為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)研究及理論計(jì)算的方法,系統(tǒng)的研究復(fù)合熱源焊接條件下,外層等離子弧與內(nèi)層MIG弧的相互耦合機(jī)理、復(fù)合電弧特性、復(fù)合電弧光譜診斷、熔滴的受力模型。通過研究揭示了復(fù)合電弧空間

2、溫度分布規(guī)律,復(fù)合電弧耦合機(jī)理及各參數(shù)對(duì)于焊縫質(zhì)量的影響。本研究豐富了復(fù)合熱源焊接電弧理論,為2219鋁合金進(jìn)行穩(wěn)定的高效高質(zhì)量化Plasma-MIG復(fù)合焊接提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。
　　本文根據(jù)Plasma-MIG復(fù)合電弧焊要求,對(duì)焊槍進(jìn)行了改進(jìn)。依靠于PLC及人機(jī)工程搭建了Plasma-MIG復(fù)合電弧焊接控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了復(fù)合電弧焊接及焊接過程控制。設(shè)計(jì)了Plasma-MIG復(fù)合電弧焊起弧過程控制程序,解決了復(fù)合電弧難起弧的問

3、題。
　　本文利用光譜儀、高速攝像CCD、窄帶濾光片、中性減光片和透鏡建立了電弧光譜圖譜同步采集系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的獲得電弧信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有較高的精度和采集效率?；贐ockasten三次多項(xiàng)式插值方法設(shè)計(jì)了離散Abel變換算法,通過將水平方向輻射強(qiáng)度信息恢復(fù)為徑向發(fā)射系數(shù)信息,從而來獲得Plasma-MIG復(fù)合電弧全信息,得到了Plasma-MIG復(fù)合電弧等溫線分布。實(shí)驗(yàn)表明:Plasma-MIG復(fù)合電弧外層等離子弧由

4、于受到內(nèi)層MIG弧的影響,中心最高溫度發(fā)生了偏移,復(fù)合電弧溫度的最高區(qū)域在外層等離子弧區(qū)域。外層等離子弧與內(nèi)層MIG電弧之間存在著一個(gè)明顯的最低溫度,該最低溫度為內(nèi)層MIG弧與外層等離子弧的分界區(qū);Plasma-MIG復(fù)合電弧等溫線分布趨勢(shì)為先升高再降低再升高,整個(gè)電弧等溫線呈中心對(duì)稱分布;Plasma-MIG復(fù)合電弧,外層等離子弧由于受到噴嘴的壓縮對(duì)于內(nèi)層MIG弧具有一定的壓縮作用。MIG電弧由于電流流入等離子弧,使得MIG弧的熱作用

5、減弱,從而降低了內(nèi)部MIG電弧溫度。
　　結(jié)合傳統(tǒng)MIG焊接熔滴過渡力學(xué)理論,進(jìn)一步分析了外層等離子弧介入所產(chǎn)生的熔滴受力情況的變化,建立了復(fù)合熱源焊接熔滴過渡的力學(xué)物理模型。計(jì)算了不同參數(shù)下的熔滴受力,結(jié)合電弧熱作用機(jī)理揭示了焊接參數(shù)與熔滴受力的內(nèi)在聯(lián)系。對(duì)熔滴及電弧圖像、電參數(shù)的進(jìn)行同步采集,對(duì)Plasma-MIG復(fù)合電弧焊接過程中的電弧特性、熔滴過渡形式,熔滴受力,復(fù)合電弧特性的影響因素,電弧熔池行為進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。與常規(guī)

6、MIG焊相比,復(fù)合電弧焊接過程更穩(wěn)定,可實(shí)現(xiàn)不同熔滴過渡形式下的無飛濺焊接。
　　本文設(shè)計(jì)了二次五元回歸模型,系統(tǒng)的研究了單一焊接參數(shù)及多參數(shù)交互作用對(duì)接頭抗拉強(qiáng)度的影響。分析結(jié)果表明:單因素的影響作用均呈現(xiàn)拋物線規(guī)律,焊接速度對(duì)抗拉強(qiáng)度影響最大,其次為熔化極電壓和等離子弧電流,送絲速度對(duì)接頭抗拉強(qiáng)度的影響最小。焊接參數(shù)范圍內(nèi)存在最佳工藝參數(shù)之間相互匹配,其中焊接速度和送絲速度的交互作用最強(qiáng),MIG電壓和焊接速度交互作用影響最小,

7、兩者為近似獨(dú)立。通過對(duì)二次五元回歸模型進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,優(yōu)化了2219鋁合金Plasma-MIG焊接工藝參數(shù),優(yōu)化后焊接接頭抗拉強(qiáng)度為285MPa(未去除正反面余高),強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到了70.3％。
　　本文系統(tǒng)的研究了2219鋁合金在Plasma-MIG焊接下的熱循環(huán)曲線。分析了五種參數(shù)下的高溫時(shí)間、溫度梯度、高溫停留時(shí)間、過冷度等方面的變化規(guī)律。研究了等離子電弧對(duì)熔池運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律:等離子電弧的加入一方面抑制了電弧氣氛中氫質(zhì)子向液態(tài)金