【摘 要】
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深熔TIG焊是一种用于中厚金属板连接的新型焊接方法。它是在传统TIG焊基础上,配备特殊设计的焊枪以及大直径钨极来获得更大的电流密度,从而在焊接的过程通过电弧作用力实现工件的穿孔。深熔TIG焊具有高效、经济、焊缝成形好、焊缝质量高等优点,在中厚金属板的焊接中具有广泛的应用前景。目前深熔TIG焊主要是应用于不锈钢、钛合金等低热导率金属材料的焊接,而对于低碳钢、镍合金、铝合金等高热导率金属材料的焊接,其
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(No.51771238);
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深熔TIG焊是一种用于中厚金属板连接的新型焊接方法。它是在传统TIG焊基础上,配备特殊设计的焊枪以及大直径钨极来获得更大的电流密度,从而在焊接的过程通过电弧作用力实现工件的穿孔。深熔TIG焊具有高效、经济、焊缝成形好、焊缝质量高等优点,在中厚金属板的焊接中具有广泛的应用前景。目前深熔TIG焊主要是应用于不锈钢、钛合金等低热导率金属材料的焊接,而对于低碳钢、镍合金、铝合金等高热导率金属材料的焊接,其存在焊接过程不稳定的现象。本文针对深熔TIG无法稳定焊接高热导率中厚金属板的问题开展了相应的研究。根据焊接过程中的实验现象以及ANSYS Fluent对深熔TIG焊接过程中温度场分布的模拟,提出高热导率金属材料在焊接过程中,焊接后期材料上积累的热量以及小孔稳定存在的尺寸范围是影响焊接过程稳定性的主要原因。根据理论分析的结果,提出了两种改善深熔TIG焊接高热导率金属材料稳定性的方案:1)在待焊工件的背部铺加焊剂;2)对待焊工件的表面进行改性。之后选用工业生产中应用较广的高热导率低合金Q235低碳钢进行深熔TIG焊接,对本文中提出的两种改善工艺分别进行了实验验证,对得到的焊接接头进行组织和性能的研究。得到以下主要结论:(1)通过在待焊工件背部铺加焊剂,可以通过焊剂的熔化吸热有效地降低焊接熔池处多余的热量。焊接位置上热量的稳定使得小孔的尺寸稳定,从而保证深熔TIG焊接过程的稳定进行。最终在430 A至480 A的焊接电流范围内实现深熔TIG对8 mm厚Q235低碳钢的稳定焊接。(2)通过对待焊工件表面改性的方法,降低了待焊工件表面的热导率,降低焊接过程中的热量积累,使得熔池重力减小;同时也使熔池中液态金属的表面张力和粘度增加,小孔稳定存在的尺寸范围扩大。焊接工件背部的小孔最终在各力的共同作用下达到平衡状态,深熔TIG焊接过程稳定进行。最终在430 A至450 A的焊接电流范围内实现深熔TIG对8 mm厚Q235低碳钢的稳定焊接。
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