船用鋁合金結構旁路分流雙面電弧焊接工藝及數值模擬研究.pdf

1、近些年來，鋁合金在我國船舶建造領域用途越來越廣。由于鋁合金擁有重量輕、強度高、耐腐蝕性能強、力學性能良好等優(yōu)點，采用鋁合金結構能極大的提高船舶靈活度、航行速度和使用壽命。傳統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我國船舶建設具有重大的意義。
　　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，同時減少生產過程中的焊接成本。試驗探討了不同焊接工藝參數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，同時考慮到艦船長期在海洋環(huán)境中行使，對接頭進行腐蝕性能測試，通過分析腐蝕極化曲線和電化學阻抗譜對比焊縫區(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”的協同效應，呈現中束腰 X型。微觀金相分析表明焊縫區(qū)主要成分為Al4.5FeSi強化相，該強化相使得焊縫區(qū)域硬度和拉伸性能均高于母材。通過腐蝕試驗發(fā)現，由于焊材中的Si元素形成的強化相和共晶硅，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，滿足了在實際航行過程中鋁合金艦船的強度和耐腐蝕性要求

4、。考慮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)現雙面焊電弧之間同樣存在吸引力，同時針對實際生產過程中出現裝配精度問題以及鋁合金預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性。
　　在試驗中得出結論的基礎上采用ANSYS有限元方法，選擇雙橢球體熱源分布模型進行數值模擬研究，分析了不同工藝下焊接過程中的溫度場和應變場，結果表明雙面焊溫度場分布與實際焊接熔池形貌吻合度較高。