【摘 要】
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近年来,伴随着船舶制造工业的迅速发展,对结构件的设计及新材料的工艺研发提出了更加严格的要求。钛-钢/铝-钢的复合结构可以实现船舶整体减重及局部承载增强的设计要求,应用范围更加广泛。寻求合适的工艺手段,克服异种金属焊接的物理性能差异、化学性能差异以及表面状态等各方面难题,实现钛-钢/铝-钢异种金属复合结构的良好连接,将会继续推动钛-钢/铝-钢异种金属复合结构在船舶工业的应用发展。针对钛/钢、铝/钢异
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近年来,伴随着船舶制造工业的迅速发展,对结构件的设计及新材料的工艺研发提出了更加严格的要求。钛-钢/铝-钢的复合结构可以实现船舶整体减重及局部承载增强的设计要求,应用范围更加广泛。寻求合适的工艺手段,克服异种金属焊接的物理性能差异、化学性能差异以及表面状态等各方面难题,实现钛-钢/铝-钢异种金属复合结构的良好连接,将会继续推动钛-钢/铝-钢异种金属复合结构在船舶工业的应用发展。针对钛/钢、铝/钢异种金属构件的焊接效率低、质量稳定性差等问题,研究提出了一种等离子分流复合焊接新工艺(BC-Plasma MIG Process),并且进行钛-钢/铝-钢异种金属焊接工艺试验,对焊接接头进行宏观及微观组织和成分分析研究,并且测试焊接接头力学性能;其次建立等离子分流复合焊接工艺的电信号和视觉信号采集系统来获得复合电弧焊接过程中熔滴过渡形式与工艺参数之间的关系,研究等离子分流复合电弧焊接过程中的电弧形态特性、熔滴过渡形式以及焊接热输入机制,进一步解释该工艺在钛-钢/铝-钢异种金属焊接过程中的优势,为该工艺的推广应用提供试验理论基础。通过钛-钢/铝-钢异种金属焊接工艺试验,证明了等离子分流复合焊接可实现钛-钢/铝-钢异种金属的良好焊接,获得了最优工艺参数,对比发现焊接接头力学性能优于普通焊接工艺下的接头性能,钛-钢接头平均抗拉强度达到349.29MPa,最高抗拉强度达到375.48MPa,断裂方式为脆性断裂,与钛-钢接头的Ti/Cu侧产生了大量CuTi、Cu4Ti3等Ti-Cu金属间化合物有关;铝-钢接头破坏位置在焊趾,弯曲试验为一级破坏级别,Fe/Al侧界面层产生了 FeA13、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物。通过公式推导得出等离子分流复合焊接可以保证焊丝熔化速度不变的同时降低对母材热输入,熔池的下塌力减小,使熔池稳定性得到提高,耦合电弧对工件表面和熔池的电弧压力均匀稳定,有利于良好的焊缝成形。试验过程中控制熔滴过渡由短路过渡向射滴过渡的转变可以稳定焊接过程从而改善焊缝成形,焊接过程的稳定性与旁路电流的大小密切相关,合适的工艺参数可以获得高质量的钛-钢/铝-钢异种金属焊接接头。
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