随焊超声施加方法对铝合金TIG焊缝成形影响

第37卷第11期2016年11月

焊一接一学一报

TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION

Vol.37一No.11November一2016

收稿日期:2015-08-30

基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(51435004)

随焊超声施加方法对铝合金TIG 焊缝成形影响

陈琪昊,一林三宝,一杨春利,一范成磊

(哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨一150001)

摘一要:在铝合金TIG 焊接的过程中,超声能量处理熔池可以改善焊缝成形二组织与接头力学性能.文中研究了随焊超声施加方法对铝合金TIG 焊缝成形的影响,结果表明,连续施加超声会导致熔池熔体飞溅,焊缝成形不佳;间断施加超声可以有效避免熔体飞溅,焊缝成形良好.随焊超声冲击及随焊滚动超声技术均可实现间断施加超声,结果表明,尽管随焊超声冲击使熔宽变小,但是低频冲击作用对TIG 焊缝成形具有副作用,会减小熔深.而采用随焊滚动超声技术,可以有效避免低频机械冲击的不利影响,焊缝熔宽变小的同时熔深也增大.关键词:超声;TIG 焊;焊缝成形;熔池中图分类号:TG 457.14一一

文献标识码:A一一

文章编号:0253-360X (2016)11-0067-04

0一序一一言

铝合金由于密度低强度高等特性在航空航天领

域具有广泛应用[1].在铝合金焊接工艺中,TIG 焊接技术应用广泛.然而铝合金TIG 接头常常由于晶粒粗大二气孔多等问题导致接头强度明显下降,影响铝合金工件的正常使用[2].超声能量在熔池中传播时,由于超声声压对熔池熔体本身的拉伸及压缩作用,产生声空化等一些非线性声学现象.此外由于超声波在熔体内传播时能量会衰减,在熔池内产生声压差,从而产生声流

[3]

.声空化及声流动会影响

熔池的流动及凝固,从而影响焊缝的组织与力学性能[4].近些年,超声辅助电弧焊技术已得到了广泛的研究,许多超声复合方法被提出.归纳起来,主要有两种超声施加方式,一种为超声通过电弧空间传入熔池[5,6],另一种为超声直接通过固体母材传入熔池[7].然而由于超声能量在电弧空间传播时,超声能量有较大的衰减,因此超声能量利用率会大大降低.与在电弧中传播相比,固体母材的声阻抗较小,超声在固体母材中传播时,声能量衰减较小.因此,为了提高超声能量的利用率,超声波通过固体母材传入熔池的施加方式具有明显的优点.基于此,文中从超声波通过固体母材传入熔池的角度出发,研究了不同的随焊超声施加方法对铝合金TIG 焊缝成形的影响,为随焊超声辅助焊接技术的实际生产应用奠定基础.

1一试验方法

试验采用2mm 厚的2195铝锂合金板材,所用母材为Al-Li-Cu-Mg 合金系列.焊接时不开坡口直接在母材表面进行堆焊,焊接方向垂直母材轧制方向,母材化学成分如表1所示.

表1一母材化学成分(质量分数,%)Table 1一Chemical compositions of base metal

元素Cu Li Ag Zr Ti Fe Si Al 母材

4.02

1.00

0.40

0.11

0.068

0.16

0.03

余量

试验设备为自主研发的随焊超声辅助焊接设备,试验装置如图

1所示,主要由3部分组成:传统TIG 焊接系统二超声波电源和超声工具头.随焊超声辅助TIG 焊原理如下:超声工具头与被焊工件接触,

超声波通过固体母材传入熔池内,影响熔池的流动与凝固,最终影响焊缝成形二组织与力学性能.图1一试验装置示意图

Fig．1一Schematic of experimental device

万方数据