【摘 要】
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金属薄板构件在汽车、家电和航天航空等行业得到广泛应用,由于金属薄板对热输入敏感,采用GMAW焊容易产生弯曲变形和烧穿等焊接缺陷。变极性GMAW通过调整焊接电流大小和正负半波的时间来精确控制对母材的热输入量,解决GMAW焊接稳定性差、热输入量大、焊接变形严重的问题,具有广泛的应用前景。本文首先介绍了变极性GMAW工作原理,搭建了变极性GMAW焊接工艺试验平台,对焊接测试设备进行了选型,指定了工艺试验
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金属薄板构件在汽车、家电和航天航空等行业得到广泛应用,由于金属薄板对热输入敏感,采用GMAW焊容易产生弯曲变形和烧穿等焊接缺陷。变极性GMAW通过调整焊接电流大小和正负半波的时间来精确控制对母材的热输入量,解决GMAW焊接稳定性差、热输入量大、焊接变形严重的问题,具有广泛的应用前景。本文首先介绍了变极性GMAW工作原理,搭建了变极性GMAW焊接工艺试验平台,对焊接测试设备进行了选型,指定了工艺试验研究路线。分短路过渡和电弧重燃两个阶段研究变极性GMAW焊接过程熔滴受力变化;采用高速摄影采集变极性GMAW焊接过程的电弧特性,研究了短路过渡中熔滴和电弧的形态变化;采用电弧分析仪采集焊接电流和电弧电压数据制成电压电流概率分布图和U-I图,研究焊接过程稳定性;采用变极性GMAW对3mm低碳钢板进行焊接工艺试验,研究焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律;依据焊接试验结果,制备焊缝金相,研究工艺参数对焊缝组织以及力学性能的影响。变极性GMAW焊接稳定性研究结果显示,试验中焊接电源预设的焊接电流电压值与电流电压概率分布图显示的电压电流概率值的一致性较好,U-I图整体曲线轮廓的集中度、整齐度和规则性较好。工艺试验研究结果显示,短路阶段的焊接工艺参数主要影响焊接飞溅,燃弧阶段的焊接工艺参数主要影响焊缝的几何形状。总结焊接工艺参数的影响规律后得到了最优焊接工艺参数。金相研究结果显示,随着短路电流上升斜率和燃弧基值电流的增大,焊缝区、熔合区、热影响区晶粒尺寸变大,魏氏组织含量增多;随着燃弧峰值电流的增大,焊缝区晶粒尺寸变大,魏氏组织含量增加,熔合区、热影响区晶粒尺寸和魏氏组织含量变化较小;随着EN比率的增大,焊缝区、熔合区、热影响区晶粒细化,魏氏组织含量显著减小。力学性能研究结果显示,随着EN比率的增大,焊缝组织硬度、抗拉强度以及屈服强度增加。
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