超聲振動輔助穿孔等離子弧焊工藝及其機(jī)理的研究.pdf

1、穿孔等離子弧焊中，等離子弧不僅作為焊接熱源加熱熔化待焊工件形成熔池，同時還作為力源在熔池中排開液態(tài)金屬形成熔透的小孔。然而，常規(guī)等離子弧焊接(PAW)還存在穿孔能力和熔池穩(wěn)定成形不易兼顧的問題。超聲振動作為一種輔助能量，在與TIG/MIG等自由電孤復(fù)合時有較好的工藝效果。那么是否可以將超聲振動與等離子弧復(fù)合，用以解決常規(guī)等離子弧焊接存在的上述問題？本文在這一方面進(jìn)行了探索。
　　研發(fā)了“超聲振動輔助穿孔等離子弧焊接(U-PAW)實

2、驗系統(tǒng)”，該實驗系統(tǒng)包括:超聲振動系統(tǒng)、等離子弧焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)。針對等離子弧焊槍的結(jié)構(gòu)特點，通過鎢極端部將超聲振動施加到等離子弧中，進(jìn)而使超聲振動直接作用于等離子弧和熔池。利用激光多普勒測振(LDV)的方式，測量了鎢極端部的振動頻率、振幅等參數(shù)。
　　采用電弧壓力測量裝置，對等離子弧的壓力分布進(jìn)行測試;通過拍攝等離子弧弧柱圖像，證明超聲振動能夠?qū)Φ入x子弧形狀產(chǎn)生影響，使等離子弧弧柱進(jìn)一步收縮，同時等離子弧高溫區(qū)發(fā)

3、生下移。結(jié)果顯示，超聲振動能夠提高等離子弧壓力。隨著焊接電流的增大，超聲對等離子弧壓力增大的效果有所降低。
　　在不銹鋼板上開展U-PAW工藝試驗，在工件背面安裝視覺傳感器，實時拍攝小孔出口的圖像，考察超聲振動對等離子弧穿孔能力的影響。在工藝條件相同的情況下，超聲振動輔助穿孔等離子弧焊接能夠以較低的焊接電流或較高的焊接速度實現(xiàn)穿孔焊透。同時，超聲振動能夠增大工件背面小孔的尺寸，有效降低小孔的中心后向偏移量。超聲振動能夠增強等離子弧

4、的挺度，提高小孔成形過程的穩(wěn)定性，焊縫橫斷面金相試樣照片表明，超聲振動能夠減小焊縫上部熔寬，促使焊縫中下部熔寬變大，增大深寬比。同時，超聲振動利于焊縫表面的穩(wěn)定成形。
　　等離子弧焊接焊縫金屬的微觀組織觀測結(jié)果表明，復(fù)合超聲振動之后，焊縫中粗大且方向明確的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶。對比同一金相試樣的上下兩個區(qū)域，可以發(fā)現(xiàn)超聲振動的作用自上而下逐漸減弱。這說明超聲振動改變了等離子弧的物理特性，進(jìn)而改善了焊縫金屬的微觀組織;同時，有一