基于热质解耦控制的DC06钢薄板高速等离子弧钎焊工艺研究

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为了满足汽车轻量化、高效化焊接的发展需求,薄板材料如DC06钢在汽车车身加工制造中的优势越来越突出,并且汽车结构件多以搭接接头为主,因此,薄板材料搭接接头的高效优质焊接成为汽车行业研究的热点。由于传统的等离子电弧钎焊电弧稳定性强、焊接效率高等诸多优势使其成为薄板搭接焊的常用技术之一。但是,在传统的电弧焊工艺中,由于传热、传质、传力之间是相互耦合的,因而其对工件的热输入很难控制,所以常规电弧焊接方法并不适宜于对热输入敏感的薄板材料的高速焊接。  本文针对于薄板材料的高速焊接既要保证电弧稳定性、焊缝金属填充充分、均匀、焊缝成形好又要保证母材热输入低、焊接变形小等核心难题,因此基于热质解耦控制思想,提出了一种新的Arcing-wire PAW焊接工艺,并进行了系统的试验研究。该方法很好的解决了在高速焊接时焊缝高熔敷率的问题并且最大限度的降低了母材热输入,为薄板的高效优质低热输入焊接提供了新的技术支持。  首先试验研究了常规等离子弧钎焊的工艺特性,以便为后续对比研究提供理论基础,探明了不同焊接热输入和焊接速度下的焊缝成形。当焊接速度为1m/min时,其焊缝成形比较美观,可是随着焊接速度的增加,为保证单位长度焊缝线能量不变,要求焊接电流不断增加,然而,薄板材料对焊接热输入的承载能力有限,因此,焊接热输入增加后会出现母材严重的变形、焊穿等问题。并且焊接速度的增加也会使得焊接热源形状发生变化,电弧稳定性下降进而导致焊缝成形差。  其次基于热质解耦控制思想,以铜焊丝为例,通过高速摄像同步采集分析系统,在改变一些焊接参数情况下结合电信号变化分析在旁路分别为恒压模式和恒流模式下,其熔滴过渡行为的变化以及不同MIG电压等速送丝下其焊丝熔敷效率的问题,另外在恒压模式下通过改变不同的焊接参数进行了薄板搭接试验并分析了焊缝成形特点,并对不同焊接参数下的焊缝成形的宏观接头、元素扩散行为及力学性能进行了分析。  最后实验结果表明:熔滴过渡行为是影响电弧稳定性和焊接质量的重要因素。无论旁路电源采用平特性还是陡降特性,送丝速度、MIG电压以及焊丝端头位置等都会影响熔滴的过渡行为,进而影响焊接过程的稳定性。另外本文还进一步验证该焊接工艺目前可行的焊接速度,由于电弧在焊接方向被拉长成椭圆形热源保证高速焊接时熔池局部的充分保温润湿铺展,因而实现了焊接速度高达3m/min的稳定可靠的高速焊接。
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