常规的穿孔等离子弧焊接对工艺参数的变化较为敏感,小孔的稳定性较差,制约了其在工业中的广泛应用。为解决这些问题,本课题组研发了超声振动辅助穿孔等离子弧焊接新工艺和新设备,前期仅针对恒定电流的等离子弧焊接开展了研究,并发现超声振动引起等离子弧压力升高和穿孔能力增强。但没有测试超声振动带来的等离子弧电流密度的变化情况,也没有针对受控脉冲穿孔等离子弧焊接来考察超声振动的作用效果。本文在以上两方面开展了进一步的测试研究工作。在不同焊接电流和离子气流量情况下,测量了施加超声振动与否时等离子弧阳极表面上的电流密度分布。结果表明,施加超声振动能够增强等离子弧在阳极表面上的电流密度,在等离子弧中心处增加幅度最为显著,均超过20%。随着焊接电流从80 A增加至140 A以及离子气流量从2.5 L/min增加至3.5 L/min,超声振动带来的等离子弧电流密度的增加效果更为明显。开展了受控脉冲电流波形情况下的等离子弧焊接开环试验。对于一组工艺条件,常规等离子弧焊接时工件不能产生穿孔;施加超声振动以后,工件产生穿孔,形成了稳定的、在一定幅值以上的尾焰电压信号。在提高焊接速度的情况下,施加超声振动后仍然能形成稳定的一脉一孔模式。并且超声振动能够带来焊缝熔深的增大。这些结果证明超声振动增强了等离子弧的熔透和穿孔能力,扩大了稳定穿孔的工艺参数窗口。开展了超声振动辅助受控脉冲穿孔等离子弧焊接试验。分别采用不同基值电流持续时间、不同电流下降时间以及不同下降段电流,在焊接速度提高1 7%-27%的情况下,受控脉冲的峰值焊接电流降低了7%-20%。即超声振动能够使受控脉冲穿孔等离子弧焊接在较低的峰值焊接电流和较快的焊接速度下实现稳定的一脉一孔模式。在相同工艺条件下,超声振动能够使小孔出口的面积增大约38%,小孔出口偏移量减小约34%。以上结果证明了超声振动降低了平均焊接电流和焊接热输入,提高了焊接效率,增强了等离子弧的穿孔能力。