|
3 实验结果与讨论
试验发现，复合脉冲焊接的焊缝组织晶粒相对细小，并且晶界和枝晶间分布的共晶组织呈球状或细小的薄膜状均匀分布。相比之下，单脉冲焊接的焊缝组织晶粒相对较大，沿晶界和枝晶间分布的共晶组织连续性增加，这将影响焊缝金属的强度和塑性。复合脉冲焊接引起焊缝组织进一步细化，是由于峰值电流周期性变化引起电弧压力也发生周期性变化，造成熔池液体的振动，使熔池液体发生搅拌作用的结果。在单脉冲焊接时，由于脉冲的峰值电流不变，且脉冲频率很高，因此电弧压力变化很小，熔池表面液体振动的振幅也很小，熔池的搅拌作用很弱。复合脉冲焊接时，由于叠加了一个低频的协调脉冲，使脉冲的峰值电流按照低频脉冲的频率不断发生变化，相应地电弧压力也随之发生很大的变化。当峰值电流高时，电弧压力大，熔池表面的液体呈凹状；当峰值电流低时，电弧压力小，熔池表面的液体呈凸状，从而导致熔池表面液体的上、下振动，引起熔池液体的搅拌作用。熔池液体的搅拌作用一方面增加了熔池内原有的对流，增大了液体流动，降低了温度梯度，扩大了固液界面前沿的成分过冷区域；另一方面可使部分熔化的晶粒脱离熔池侧壁进入熔池，增加了形核核心。此外，由复合脉冲产生的强对流可把从熔池侧壁脱离的晶粒以及熔池中析出的形核质点，如TiAl3、ZrAl3等带到固液界面前沿的成分过冷区中，促进了α(Al)的非均质形核，因此细化了焊缝组织。上述组织变化是由双丝焊工艺特点决定的。(1) 双丝焊时两根焊丝前后并列排列，使熔池体积增加，高温停留时间变长，冷却速度变慢；（2）双丝焊总的热输入稍高于单丝焊（单丝焊和双丝焊的热输入分别为8KJ/cm和12KJ/cm），熔池中的液态金属并不过热，合金元素的烧损不多；（3）由于第二脉冲和后丝电弧的搅拌作用，使气孔倾向明显降低。
从表4可以看到，复合脉冲焊接的焊缝具有最高的强度和塑性，焊缝金属的连接系数接近70%，单脉冲焊接的焊缝次之，而双丝焊的焊缝强度和塑性最低，这与它们对应的焊缝组织形貌是一致的。复合脉冲焊接的焊缝组织最为细小，并且晶界共晶相呈球状和细小的薄膜状均匀分布，因此焊缝的强度最高，塑性最好。而双丝焊由于总的热输入并不很大，虽然得到了粗大的等轴枝晶组织，并且沿晶界分布的共晶相的数量明显多于单丝焊，但强度和塑性稍有降低。单脉冲焊接比复合脉冲焊接的焊缝组织粗大，但明显细于双丝焊，所以强度、塑性明显好于双丝焊，略低于复合脉冲焊接的焊缝。从本研究的实验结果来看，虽然双丝焊的焊缝金属强度和塑性有所降低，但由于双丝焊时两根焊丝在同一熔池中燃烧，提高了总的焊接电流，使焊接的熔敷效率远高于单丝焊，完全能够满足焊接接头性能的要求，特别适用于中厚板铝合金的焊接。
表4 焊接接头和母材金属的拉伸性能
| 焊接工艺 |
抗拉强度σb/mpa |
屈服强度σ0.2/mpa |
延伸率δ(%) |
断面收缩率 ψ(%) |
| 单丝单脉冲 |
296.4 |
191 |
4.7 |
19.7 |
| 复合脉冲 |
298.8 |
193.9 |
5.0 |
23.8 |
| TANDEM |
287.8 |
179.6 |
4.5 |
17.9 |
4 结论
(1) 单丝复合脉冲焊接时，蜂值电流周期性变化引起的熔池液体强烈的搅拌作用，细化了焊缝组织，提高了焊缝的强度和塑性。
(2) 双丝MIG焊接效率远高于单丝焊，焊缝性能满足要求，特别适合于中厚板铝合金焊接。
(3) 生产应用证明单丝复合脉冲MIG焊接和TANDEM双丝MIG焊接是焊接铝合金的理想方法。
参考文献：
1.国旭明等(沈阳金属所)，高强Al-Cu合金脉冲MIG焊工艺研究，焊接学报2004，4
2.徐强等(沈阳金属所)，双脉冲MIG对2219Al-Cu合金焊缝组织及性能的影响，热加工工艺，2004，10
3.杨春利等(哈工大),高强铝合金厚板双丝MIG焊工艺的初步研究,中国有色金属学报,2004,5
作者：魏占静 工学硕士 高级工程师 MBA
工作于珠海市金宝热融焊接技术有限公司，从事德国CLOOS焊接技术的推广和应用。网址:www.cloos.com.cn email:wzj@cloos.com.cn, wzj0756@126.comtel:0756-8509695 fax:0756-8500745
|
