超聲-MIG復(fù)合焊接聲場(chǎng)參數(shù)的優(yōu)化及熔滴過(guò)渡的研究.pdf

1、MIG焊中熔滴過(guò)渡過(guò)程對(duì)焊接接頭質(zhì)量起著決定性的作用，越來(lái)越多的工作人員開(kāi)始對(duì)熔滴過(guò)渡的調(diào)控進(jìn)行研究。以往通過(guò)信號(hào)反饋調(diào)節(jié)來(lái)控制熔滴過(guò)渡的方法易受外界因素的干擾，并且不具有普遍適用性。本課題組將超聲縱向加入焊接過(guò)程中，通過(guò)可調(diào)的聲輻射力來(lái)控制熔滴的過(guò)渡和改善接頭的質(zhì)量。在鋼的超聲-MIG焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)超聲能促進(jìn)熔滴的過(guò)渡、增加電流密度、提高焊接過(guò)程的穩(wěn)定性。在以往的基礎(chǔ)上，本文采用超聲-MIG對(duì)純鋁進(jìn)行焊接，分析超聲對(duì)電弧的行為和熔滴過(guò)

2、渡的作用，優(yōu)化相應(yīng)的聲場(chǎng)參數(shù)，并探究超聲對(duì)熔滴過(guò)渡影響的本質(zhì)，為超聲-MIG在鋁合金的應(yīng)用中打下基礎(chǔ)。
　　首先，對(duì)超聲-MIG復(fù)合焊的電弧行為進(jìn)行研究，分析了聲場(chǎng)參數(shù)、發(fā)射端參數(shù)和焊接工藝參數(shù)對(duì)電弧行為的影響。發(fā)射端在焊接過(guò)程中處于諧振高度時(shí)對(duì)電弧的作用最強(qiáng)，并且諧振高度比常溫下高；超聲電流在一定范圍內(nèi)能起到增強(qiáng)聲場(chǎng)作用，增加電弧的變形量。同時(shí)設(shè)計(jì)了四種不同形狀發(fā)射端，相比平面發(fā)射端，凹球面、拋物面、雙曲面都能產(chǎn)生更大的聲壓，使

3、電弧行為發(fā)生更大的變化，其中凹球面發(fā)射端聲強(qiáng)增加幅度最大；在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了不同曲率和不同半徑的發(fā)射端，超聲對(duì)電弧的作用隨曲率的增加先增后減、隨半徑的增加而有所增加。焊接工藝參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)影響很大，因此選擇適合的參數(shù)可增加聲場(chǎng)的作用。通過(guò)對(duì)聲場(chǎng)參數(shù)的優(yōu)化獲得了更強(qiáng)的聲場(chǎng)，對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生更明顯的作用。
　　其次，對(duì)超聲-MIG平焊的熔滴過(guò)渡進(jìn)行了研究。從熔滴過(guò)渡頻率和熔滴形態(tài)分析了超聲電流、發(fā)射端參數(shù)對(duì)熔滴過(guò)渡的影響。隨超聲電流的增加，熔

4、滴的尺寸和過(guò)渡頻率先增加后基本保持不變。發(fā)射端形狀的改變對(duì)熔滴尺寸的影響并不大，但是凹球面發(fā)射端對(duì)熔滴過(guò)渡頻率的促進(jìn)作用最強(qiáng)，表現(xiàn)出與電弧行為相似的規(guī)律。同時(shí)，超聲的加入能使熔滴過(guò)渡的規(guī)范區(qū)間發(fā)生改變，使得某些短路過(guò)渡或混合過(guò)渡變成滴狀過(guò)渡，擴(kuò)大了滴狀過(guò)渡的范圍。并對(duì)熔池建立了振動(dòng)模型來(lái)分析超聲對(duì)焊縫宏觀形貌產(chǎn)生影響的原因。
　　再次，提出了一種新的計(jì)算聲輻射力的方法。研究熔滴從焊絲端部脫離到與熔池接觸間的運(yùn)動(dòng)，得到熔滴運(yùn)動(dòng)的位移

5、曲線，基本符合勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以此可算出熔滴運(yùn)動(dòng)速度、加速度，進(jìn)而能求得熔滴受到的合外力。通過(guò)對(duì)比普通MIG和超聲-MIG合外力的變化，并結(jié)合電磁力、等離子流力、重力的變化便可得到聲輻射力的值。將熔滴勻變速運(yùn)動(dòng)過(guò)程看成若干個(gè)不同加速度的勻變速運(yùn)動(dòng)，對(duì)比普通MIG和超聲-MIG熔滴加速度變化的趨勢(shì)，可知聲輻射力對(duì)熔滴的作用是非線性的。
　　最后，研究了超聲-MIG全位置焊熔滴過(guò)渡行為。并非所有的工藝參數(shù)在各個(gè)位置都能對(duì)熔滴過(guò)渡起到相