[01296405]低能量输入双弧脉冲MIG焊过程热-力耦合行为及其参数控制模型研究

针对轻质合金、镀层薄钢板及异种金属材料的低能量焊接的问题,提出了双弧脉冲MIG焊低能量焊接方法,建立了其仿真模型和数值分析模型,并进行了弧长稳定性控制仿真和控制试验,效果良好,表明通过控制主弧的稳定来保证整个耦合电弧稳定的控制方案能有效扩大双弧脉冲MIG焊稳定焊接的参数范围,提高焊接过程的抗扰动特性。熔滴过渡仿真和试验研究表明,为实现更小电流下熔滴的稳定自由过渡,在保持总电流不变的情况下,除了可以增大旁弧电流外,还可以提高主弧和旁弧的峰值电流、峰值时间,以提高熔滴过渡的稳定性。由于旁路的稳弧作用,可设置小的主弧和旁弧基值电流,减小热输入。 通过数值分析与试验相结合,研究了不同焊接电流参数下焊接温度场的分布特点以及对焊接接头组织的影响规律,计算和试验结果表明,可以通过调节旁弧电流,降低母材的热输入,改善接头组织性能。焊缝成形工艺试验研究结果表明,主弧电流的增大有利于熔滴在母材上的铺展润湿、改善焊缝成形,而过大的旁弧电流会对焊缝成形及耦合电弧的稳定性产生不利影响。 通过优化的工艺参数,利用低能量双弧脉冲MIG焊对汽车用铝合金和镀锌钢板进行了搭接工艺试验,测试了焊接接头的力学性能,并研究了旁路电弧参数对焊接接头力学性能的影响,结果表明,建立的低能量输入双弧脉冲MIG焊接系统原型可以实现对热输入敏感材料的有效焊接,有望成为一种低成本高效率的低热输入焊接系统。 然而仍有问题尚未解决：研究发现,主旁弧电流参数对耦合电弧、熔滴过渡、热力场分布以及焊缝接头性能的影响是两方面的,甚至是对立的。旁弧电流的增大固然能够降低热输入,促进低能量下的熔滴过渡,但是同时又会影响耦合电弧的稳定性,影响焊缝形状、润湿和力学性能。所以要建立一个合理的参数控制模型,优化调控解耦机制,尚未得到有效结论,还需进一步研究分析。