超声电弧复合焊接的声学频率影响及能量传输效率研究

针对目前超声振动与焊接复合过程中的问题：焊接电弧声学属性未知和熔池金属晶粒细化不明显，提出变振动频率的双脉冲复合焊接技术。通过变革传统超声加载模式，克服焊接过程中超声振动作用效果差的问题。超声振动频率作为变参量可实现多态物质的谐振，达到对焊接电弧及熔池内超声能量的有效传递。同时在双脉冲模式下，通过峰值载热、基值载声，实现超声能量有效传递，解决钛合金、铝合金等焊接过程中晶粒粗大及气孔问题。此外对焊接电弧声学属性的探索可增加能量复合效果，提高超声利用效率。本项目主要研究超声新加载方式下超声振动频率对焊接电弧和熔池谐振影响规律。揭示双脉冲复合焊接中多能量场交互作用机理，并探讨超声能量在高温媒介传输中物理描述。从而掌握复合能场作用下电弧现象及熔化行为，形成超声电弧复合焊接理论基础。对开发全新的具有自主知识产权的复合能场加工技术，进一步拓宽传统焊接工艺的应用范围具有重要意义。

超声-TIG复合焊接克服了常规TIG焊接熔深浅、效率低的不足；虽采用外加声场的方式，提高电弧挺度，增大熔深，细化焊缝晶粒组织，但是其作用效果仍依赖于焊接规范。通过变革传统超声加载模式，克服焊接过程中超声振动作用效果差的问题。为了进一步发挥超声在复合焊接中的作用，研究了辐射端直径变化对超声能量传递的影响，再已有的超声电弧复合焊接方法中，超声振动模式在整个焊接过程不发生变化，该项目提出了双脉冲超声-TIG复合焊接方法，深入研究了脉冲频率对超声作用效果的影响。.讨论了不同脉冲模式下脉冲频率对超声作用效果的影响，随脉冲频率变化，焊缝熔深和深宽比呈现周期波动变化，接头微观组织的演变规律与之前大不相同，随着脉冲频率增加，熔深和深宽比减小，焊缝上部等轴晶区出现细小树枝晶，焊缝边界树枝晶数量减少，胞状树枝晶尺寸增大。双脉冲焊接过程中电弧稳定、收缩明显，焊缝边界依附母材晶粒联生生长的柱状晶完全脱离母材，柱状晶尺寸大幅度减小，焊缝中心区为规则、细小的等轴晶粒，焊缝区硬度值相比常规脉冲焊接有所提高。