LD10铝合金高频耦合脉冲TIG焊接工艺研究

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随着我国航天事业的不断发展,大运载、长寿命、高可靠性逐步成为运载航天器发展的主要方向,高性能、高可靠性、长寿命的航天液体燃料贮箱结构已成为追求的重要指标。为此提出改进焊接工艺,从而提高焊缝性能的要求。  现在采用的焊接工艺为常规TIG脉冲焊,单面焊双面成形,单面焊分为打底和盖面两层。此种焊接工艺下主要存在以下主要问题:焊接参数配置不合理,焊接速度较低,打底焊时焊速小于130mm/min,焊缝中气孔含量多。此种焊接工艺下,为保证焊缝背面充分熔透,焊接过程中采用了大的焊接规范,使得热输入量过大。冗余的焊接热量会导致焊缝区晶粒粗大以及焊接接头热影响区的软化问题,最终将影响焊缝的质量。为了提高焊缝的质量,本文根据工程实际状况,提出了采用常规TIG耦合高频工艺,即高频耦合脉冲TIG焊。  本文首先通过常规TIG焊与高频耦合脉冲TIG焊的对比试验,验证了高频耦合脉冲TIG焊工艺的可靠性,高频耦合脉冲TIG焊焊缝区气孔的数量明显减少,并且在焊接过程中高频脉冲通过对熔池电磁搅拌及振动,改善了焊缝区的组织结构。通过微观组织观察,焊缝区晶粒得到了明显细化。  通过对6mm LD10铝合金试板焊接过程中耦合不同频率的高频能量,研究了高频频率对高频耦合脉冲TIG焊焊缝质量的影响,研究结果表明耦合22K到28K高频能量时,高频作用效果明显,焊缝中微气孔几乎完全消失,焊缝区的晶粒尺寸也从原来的30um降到了22um,焊缝抗拉强度与延伸率也有了明显的提高。在试验结果的基础上,提出了适合于6mm LD10铝合金试板的焊接工艺规范。  在高频耦合脉冲TIG焊过程中,通过改变焊接规范,得到了不同热输入下的两种焊缝:背垫强制成形焊缝和无背垫效果的焊缝。通过对两种焊缝气孔检测、微观组织观察、拉伸性能及硬度的分析,研究了热输入精量控制对焊缝质量的影响。在此基础上提出了有背垫保护但无背垫效果的高频耦合脉冲TIG焊接工艺,并探索了适合6mm LD10铝合金板的工艺规范。  通过不同焊机和高频电源的耦合,对6mmLD10铝合金做焊接实验,研究了基础电流波形及高频电流波形对高频耦合脉冲TIG焊接工艺的影响。研究结果表明,高频作用效果和高频作用时间与高频脉冲波形形状有关。最后在6mm试板焊接工艺研究的基础上,研究了适用于8mm及10mmLD10铝合金板的高频耦合脉冲TIG焊接规范范围。
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