穿孔等离子弧焊接工艺研究进展.pdf

《穿孔等离子弧焊接工艺研究进展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、穿孔等离子弧焊接工艺研究进展ResearchProgressonKeyholePlasmaArcWeldingProcess山东大学材料连接技术研究所武传松赵晨昱贾传宝武传松山东大学教授．博士生导师，中国焊接学会常务理事兼计算机辅助焊接工程专业委员会主任．国际焊接学会cx

2、

3、“焊接质量与安全”分委会主席，国际刊物ScienceandTechnologyofWeldingandJoining编委。研究方向为高效焊接过程数值模拟与检测控制，主持承担国家自然科学基金重点项目和面上项目．国家科技支撑计划重点项目和国家863重点项目子课题．省部

4、级重点项目以及国际合作课题30余项。曾获得德国“洪堡学者”．国务院学位委员会“做出突出贡献的中国博士学位获得者”．国务院“政府特殊津贴获得者”．“山东省专业技术拔尖人才”、“山东省有突出贡献的中青年专家”．“山东省十佳留学归国科技专家”．中国机械工程学会“青年科技成就奖”等荣誉称号。34航空制造技术·2015年第20期穿孔等离子弧焊接由于其自身所具有的独特工艺优势，在航空航天装备制造领域有较大的应用潜力。本文介绍了穿孔等离子弧焊接的工艺特点、优势，综述了穿孔等离子弧焊接国内外研究与开发方面的新进展，着重评述了近年来穿孔等离子弧焊接的多

5、种改型工艺。这些改型的穿孔等离子弧焊接新工艺避免了常规穿孔等离子弧焊接方法的缺点．能够满足不同应用场合的实际需求oDOI：10．16080／j．issnl671-833x．2015．20．034焊接是航空航天领域的关键制造工艺⋯。焊接技术直接关系到航空航天结构的服役性能与寿命。为了更好地开展空天探索开发任务，需要提高航空航天载具的性能。这就要求在载具的加工制造时选择低密度、高强度、对极端使用环境适应性强的材料。铝合金由于具有密度低、比强度高、成形性好、断裂韧度高、疲劳强度高、低温性能好、耐腐蚀且无磁性等优点，被广泛应用于航空航天领域【

6、2】。由于铝合金具有热导率大、线膨胀系数大、表面极易产生氧化膜、固液相氢溶解度差别大等特点，焊接时易出现变形、气孔、裂纹等缺陷，难以获得高质量的焊缝。因此，突破焊接工艺的相关技术瓶颈对航空航天事业的向前推进有着重要的意义。随着航空航天事业的不断发展，各种新型铝合金材料的不断出现及应用，焊接技术也面临着新的挑战。虽然搅拌摩擦焊接技术在铝合金结构的制造方面有很大的优势，但熔化焊接工艺仍具有不可替代性。因为铝合金的特殊物理性能，铝合金焊接时要求采用具有高能量密度、低热输入、高焊接速度的焊接工艺。电子束焊和激光焊具有上述特点，但是电子束焊需要

7、在真空的环境中进行，激光焊时铝合金表面的反射率较大，能量利用率较低。另外，这两类焊接工艺用到的设备成本高，操作复杂，对焊接工件的装配精度要求高，适应性不够强。而穿孔等离子弧焊接具有成本低、操作方便和适应性强等特点，在航空航天铝合金结构的焊接方面，具有一定的应用潜力。等离子弧焊接具有许多特殊的优点。等离子弧焊枪的特殊构造会对电弧施加机械压缩、热压缩和电磁压缩【3】，由于拘束度的增加，等离子弧弧柱直径缩小、能量密度增加、温度升高(温度可达110000C以上)[4-Sl。由于喷嘴孔径的减小，等离子体的流速可达300—2000m／s，能量密度

8、能够达到109～1010W，m2。因此，穿孔等离子弧焊可以得到深宽比大、热影响区较窄的焊接接头卜71。按照焊接过程中是否形成穿透工件的tI,孑L，可以将等离子弧焊接方法分为穿孔型等离子弧焊接和熔人型等离子弧焊接。图1为穿孔型等离子弧焊接，这种焊接方法可实现“单面焊双面成形”，所得焊缝横截面呈倒喇叭状，深宽比大，热影响区小。穿孔等离子弧焊的焊缝质量取决于多种因素，其中被焊母材的物锻№小孔惮缝正Ⅱ哗缝背面∈压圜图1穿孔型等离子弧焊接原理理性能和焊接工艺参数尤为重要【8J。对焊缝质量起到决定性作用的焊接工艺参数有：喷嘴形状及尺寸、喷嘴到工件

9、的距离、钨极内缩量、钨极尺寸与材质、焊接电流、焊接速度、离子气成分及流量、保护气成分及流量等。焊接工艺参数的选择需要兼顾熔池与小孔的稳定性。由于机械压缩、热压缩和电磁压缩作用以及钨极内缩于喷嘴，因而等离子弧具有较高的能量密度和电弧压力。由于弧柱中的粒子具有较大的速度和动量，因此可以将熔池前端熔融的金属液排开形成／J,孑L。随着焊枪的移动，电弧冲击、加热熔化前壁母材，熔融金属液受到电弧力的挤压沿小孔侧壁流向后方，形成液态金属熔池，凝固后形成焊缝一l。在焊接过程中，小孔的动态行为是决定焊缝成形质量及稳定性的关键【lⅢ。随着焊接电源及焊枪结

10、构的完善，焊接过程中可以获得稳定燃烧的焊接电弧。但是在稳定燃烧的焊接电弧作用下，小孔的稳定存在依然受到各方面因素影响，可以获得高质量焊缝的焊接工艺规范参数窗口依然很窄。针对这些问题，近几年来国内外的焊接科研人员开发出几种