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高频脉冲电流耦合交流cmt焊对2060铝合金接头组织与力学性能的影响

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热加工工艺 2017年第21期46卷 13-16页

作者：汪殿龙陈彦朝李海洋梁志敏河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018

采用不同频率的高频脉冲电流耦合交流cmt(cold metal transfer)焊,分别以ER4043及ER5356焊丝为填充材料,对2060铝锂合金进行焊接。结果表明,不同频率的高频脉冲电流对焊接接头的气孔数量及大小影响显著。耦合高频电流焊接后,焊缝中心的... 详细信息

采用不同频率的高频脉冲电流耦合交流cmt(cold metal transfer)焊,分别以ER4043及ER5356焊丝为填充材料,对2060铝锂合金进行焊接。结果表明,不同频率的高频脉冲电流对焊接接头的气孔数量及大小影响显著。耦合高频电流焊接后,焊缝中心的气孔数量减少,气孔大都集中在熔合线及焊缝边缘;与填充ER4043焊丝相比,填充ER5356焊丝的气孔数量少,尺寸也较小。不同的脉冲频率均能不同程度地细化显微组织,填充焊丝为ER4043,脉冲频率为40 k Hz时,组织细化现象显著,接头各区的硬度较高;填充焊丝为ER5356,脉冲频率为60、70 k Hz时,组织细化现象显著,接头各区的硬度较高。

关键词： cmt焊气孔高频脉冲电流 2060铝锂合金组织细化

铝/钢异种金属cmt焊熔池温度场及流场的研究

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铝/钢异种金属CMT焊熔池温度场及流场的研究

作者：姚鹤江苏科技大学

学位级别：硕士

铝钢复合结构具有高强、质轻、耐腐蚀等综合优势,用在航空航天、造船及汽车行业可以节能减排、降低环境污染,但是两者之间物理性能差异较大,且极易反应生成脆性的金属间化合物,因此研究铝钢异种金属的焊接具有重要的实际价值。cmt焊是... 详细信息

铝钢复合结构具有高强、质轻、耐腐蚀等综合优势,用在航空航天、造船及汽车行业可以节能减排、降低环境污染,但是两者之间物理性能差异较大,且极易反应生成脆性的金属间化合物,因此研究铝钢异种金属的焊接具有重要的实际价值。cmt焊是一种新型的低热输入焊接方法,可以实现铝钢异种金属的熔钎焊,采用数值模拟的方法研究铝钢异种金属cmt焊熔池温度场和流场,能对熔滴过渡态过程、焊接过程的流体流动及传热传质进行定量分析,获得实验方法不易测得的结果。本文以4mm厚的5083铝合金和EH36镀锌钢板cmt焊为研究对象,以ER4043铝硅焊丝为填充金属,结合cmt焊接的工艺特点,用GAMBIT软件建立合适的数学模型,用UDF编辑相关的程序,导入到FLUENT软件中,计算了铝/钢异种金属cmt焊接熔池的温度场和流场。主要结论如下:(1)根据所建立的模型,计算了铝/钢异种金属在焊接电流75A,焊接速度400mm/min时cmt焊接过程中熔池温度场和流场的演变过程。研究结果表明,随着焊接过程的进行,温度升高,熔池长大,流速增大,温度场和流场分布范围也逐渐扩大,且热源前方等温线分布比较密集,温度梯度较大,后方等温线分布相对稀疏,温度梯度较小。其中铝侧和钢侧等温线分布情况不一致,铝侧等温线分布较密集,钢侧等温线分布较稀疏,流体从热源中心向熔池周围扩散。整个焊接过程中熔池的最高温度达到1229K,熔池流体的最大流速为0.057m/s。(2)改变焊接工艺参数,研究其对铝/钢异种金属cmt焊接熔池温度场和流场的影响。研究表明,不同的焊接参数下铝/钢异种金属cmt焊接熔池温度场和流场的分布形状大致相同。但是熔池温度场和流场分布范围随着焊接电流的增大而增大,熔池最高温度和最大流速也随着焊接电流的增大而增大,电流为60A、75A和90A下熔池最高温度分别为1164K、1229K和1316K,熔池最大流速分别为0.049m/s、0.057m/s和0.065m/s;而熔池温度场和流场分布范围随着焊接速度的增大而减小,最高温度和最大流速也随着焊接速度的增大而减小,焊接速度为300mm/min、400mm/min和500mm/min时熔池最高温度分别为1312K、1229K和190K,熔池最大流速分别为0.07m/s、0.057m/s和0.043m/s。(3)对一个脉冲周期内cmt焊熔池温度场和流场进行分析,并将基值电流和峰值电流作用下的温度场和流场进行对比。从得出的截面图可以发现基值电流和峰值电流作用下的温度场和流场分布情况大致相同,温度大小也相差甚微,基值电流作用下向下的流速比峰值电流作用下向下的流速要低。为了验证所建模型的准确性,分别采用热电偶测温、红外热像仪测温和焊缝宏观金相验证了模拟仿真结果,计算结果与实验结果吻合良好。

关键词： cmt焊铝/钢异种金属焊接温度场流场数值模拟

5052铝合金cmt焊、脉冲MIG焊和交流TIG焊接头组织与性能对比研究

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机械制造文摘(焊接分册) 2024年第6期 1-6页

作者：吴叶军吕涛陈保国史维琴马国新常州工程职业技术学院江苏常州213164

文中分别采用cmt焊、脉冲MIG焊和交流TIG焊对2 mm厚的5052铝合金板进行了焊接,使用金相显微镜、显微维氏硬度计、电子万能试验机等研究接头的宏观金相、显微组织、硬度分布、抗拉强度、弯曲性能。结果表明:焊缝美观无缺陷;母材区和热影... 详细信息

文中分别采用cmt焊、脉冲MIG焊和交流TIG焊对2 mm厚的5052铝合金板进行了焊接,使用金相显微镜、显微维氏硬度计、电子万能试验机等研究接头的宏观金相、显微组织、硬度分布、抗拉强度、弯曲性能。结果表明:焊缝美观无缺陷;母材区和热影响区的显微组织为α(Al)基体+大量析出的β(Mg_(2)Al_(3)),焊缝区显微组织为α(Al)基体上分布大量的β(Mg_(2)Al_(3))相及Mg_(2)Si化合物,枝晶内的Si处于过饱和状态,产生了固溶强化和细晶强化作用,使得焊缝区的显微硬度高于母材区和热影响区;cmt焊、脉冲MIG焊、交流TIG焊接头的抗拉强度分别为257 MPa、266 MPa、264 MPa,达到了母材抗拉强度的90%以上;面弯和背弯试验,所有试样都未出现超过3 mm的裂纹。

关键词：铝合金 cmt焊脉冲MIG焊交流TIG焊接头性能

X2CrNiN18-7不锈钢cmt焊与MIG焊对比试验

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焊接技术 2017年第8期46卷 32-35页

作者：金文涛王红波葛怀普戴忠晨周成候黎硕王春明中国中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031 华中科技大学湖北武汉430074

使用cmt,MIG这2种焊接方法对X2CrNiN18-7不锈钢焊接,对得到的焊缝进行了外观形貌、组织构成、力学性能等方面的对比分析。结果表明:2种焊接方法焊缝外观形貌相似,cmt焊所得焊缝熔宽小于MIG焊的熔宽,cmt焊所得焊缝先析出δ铁素体,以FA模... 详细信息

使用cmt,MIG这2种焊接方法对X2CrNiN18-7不锈钢焊接,对得到的焊缝进行了外观形貌、组织构成、力学性能等方面的对比分析。结果表明:2种焊接方法焊缝外观形貌相似,cmt焊所得焊缝熔宽小于MIG焊的熔宽,cmt焊所得焊缝先析出δ铁素体,以FA模式凝固。室温组织由γ奥氏体、少量δ铁素体构成。接头由母材、热影响区、部分熔化区、焊缝柱状晶区构成,熔合线在母材部分熔化区和焊缝柱状晶区之间,靠近部分熔化区的热影响区部分析出条状平行铁素体,可抑制此区域热影响区晶粒的长大。相比cmt焊所得焊缝,MIG焊的特征区域缺少了部分熔化区以及等轴晶区。cmt焊接所得接头力学性能明显优于MIG焊。

关键词： cmt焊 MIG焊对比组织力学性能

7N01铝合金多层cmt焊对接头组织与力学性能的影响

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金属加工（热加工） 2021年第4期 47-50页

作者：陈圣龙武子琴朱晋良王立伟梁志敏河北科技大学材料科学与工程学院河北石家庄050018 河北省材料近净成形技术重点实验室河北石家庄050018

通过对cmt焊后金相、硬度和拉伸试验等试验数据分析,研究了7N01铝合金多层cmt焊对接头组织与力学性能的影响。结果表明:各个焊道的分界线明显,整体呈"碗状",焊缝金相组织由上至下晶粒逐渐变细。焊接接头分为三个晶区,即细晶区、柱状晶... 详细信息

通过对cmt焊后金相、硬度和拉伸试验等试验数据分析,研究了7N01铝合金多层cmt焊对接头组织与力学性能的影响。结果表明:各个焊道的分界线明显,整体呈"碗状",焊缝金相组织由上至下晶粒逐渐变细。焊接接头分为三个晶区,即细晶区、柱状晶区和等轴晶区。在焊接接头横断面上,焊缝区、熔合区和热影响区的硬度分布较为均衡,底部的硬度值最小为71HV,从下至上逐渐增大。焊接接头的抗拉强度平均值为260.2MPa,断面收缩率为4%,断裂位置在热影响区,为韧性断裂。

关键词： 7N01铝合金 cmt焊多层多道焊金相组织力学性能

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高速列车车体铝合金cmt焊接工艺研究

高速列车车体铝合金CMT焊接工艺研究

作者：赵双双河北科技大学

学位级别：硕士

我国高速列车车体大量使用了7N01和6N01铝合金,实际生产中车体的焊接仍然以脉冲熔化极气体保护焊(P-MIG)为主。减少铝合金焊接热输入,可以降低cmt热裂纹发生几率并缓解接头软化现象,对于提高铝合金车体焊接质量有重要意义。cmt焊接是一... 详细信息

我国高速列车车体大量使用了7N01和6N01铝合金,实际生产中车体的焊接仍然以脉冲熔化极气体保护焊(P-MIG)为主。减少铝合金焊接热输入,可以降低cmt热裂纹发生几率并缓解接头软化现象,对于提高铝合金车体焊接质量有重要意义。cmt焊接是一种典型的低热输入焊接技术,本文针对cmt焊在车体铝合金焊接中的应用进行研究,开展了一系列堆焊和对接工艺试验,并与现有的脉冲焊工艺进行了对比。在堆焊试验中,对比了同一线能量下cmt四种不同工作模式(包括直流cmt,交流cmt,直流cmt与脉冲混合过渡,交流cmt与脉冲混合过渡)以及脉冲MIG的熔滴过渡和电弧形态特点、温度场、显微组织和接头硬度分布。试验结果发现,焊丝接负阶段(EN阶段)电弧上爬导致焊丝熔化效率提高,脉冲熔滴过渡时热输入高于cmt过渡,因此随着直流cmt与脉冲混合过渡中脉冲所占比例的增加,其对母材的热输入增加,焊缝熔合比也增加。针对4mm厚的6N01、7N01铝合金开展了一系列对接试验并进行了力学性能测试和金相组织分析。焊接试验中采用三种不同的坡口形式(V型留间隙,V型无间隙和Y型留间隙)进行了直流cmt和脉冲MIG对比试验。结果发现,采用V型留间隙焊时可获得cmt焊接最小热输入,且焊接接头综合力学性能优于P-MIG焊接接头。采用直流cmt焊接技术,6N01铝合金的抗拉强度可达到母材90%以上,7N01铝合金抗拉强度均在290MPa以上,且DC cmt焊弯曲和冲击韧性好于P-MIG焊。观察微观组织,DC cmt焊较P-MIG焊焊缝中心晶粒细化,热影响区范围减小。

关键词： cmt焊 P-MIG 熔滴过渡铝合金焊接力学性能微观组织

超高强钢QP980cmt焊接工艺及数值模拟研究

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超高强钢QP980CMT焊接工艺及数值模拟研究

作者：姜喜铭南昌大学

学位级别：硕士

随着汽车轻量化的发展,汽车制造业对钢材的要求日渐提高。第三代先进高强钢QP980兼具高强度、高塑韧性以及良好的经济效益等优点,能够满足汽车构件的用钢需求。目前,冷金属过渡焊(cmt)以其优异的焊接特点(热输入小、无飞溅)早已经普及... 详细信息

随着汽车轻量化的发展,汽车制造业对钢材的要求日渐提高。第三代先进高强钢QP980兼具高强度、高塑韧性以及良好的经济效益等优点,能够满足汽车构件的用钢需求。目前,冷金属过渡焊(cmt)以其优异的焊接特点(热输入小、无飞溅)早已经普及运用于车身制造中,然而国内外对QP980的cmt焊接工艺和数值模拟的研究信息较为匮乏,一定程度上限制了该钢材在汽车车身制造的推广和运用。因此,本文以GHS-90高强钢焊丝为填充金属,进行QP980搭接焊的cmt焊接工艺、焊接参数优化以及数值模拟方面研究,对实际构件焊接参数选择和加速汽车轻量化进程具有实际意义和理论基础。首先通过工艺试验确定了各焊接参数(送丝速度、焊接速度、焊枪角度)规范区间,并基于响应面(RSM)设计试验,建立了各焊接参数与接头特征尺寸(焊缝宽度、焊缝高度、熔深)之间的数学关系模型,分析了工艺参数单独作用与两两交互作用对接头成形的影响规律并进行工艺参数优化。结果表明焊接速度较其它工艺参数对接头焊缝成形的影响更大,当送丝速度和焊接速度适当地配合时,选用较大的焊枪角度可以获得成形较好的焊接接头。采用优化后的工艺参数进行焊接试验,验证了数学模型的正确性,并对cmt焊接接头的组织和力学性能进行了分析。试验结果表明:焊缝组织主要为板条状马氏体,硬度分布均匀,约为474HV;热影响区包括粗晶区、细晶区和不完全相变区,硬度分布不均匀,其中接头硬度最高值出现在热影响区中的细晶区,为503.1HV,而硬度最小值出现在不完全相变区,为278.3HV;优化工艺参数下的焊接接头强度较好,平均拉伸最大载荷达到母材的90%以上,均断裂在热影响区,断裂形式为韧性和脆性混合断裂。对QP980 cmt搭接焊的温度场和应力场进行了数值模拟研究,随着时间的变化,温度场呈现不断上升和下降的交替变化,较为符合实际cmt“热-冷-热”焊接特点,模拟结果与实测的热循环曲线较为吻合,验证了模型正确性。研究了温度场随空间的分布规律及焊接工艺参数对温度场的影响规律,结果表明,沿垂直焊缝方向和厚度方向上温度梯度变化较大,距焊缝中心越远,温度升温速度越慢,峰值温度越低,达到峰值温度的时间也越长;焊接速度的减小和送丝速度增大,都会使得焊接线能量增大,产热增加,温度场整体温度上升。残余应力和变形的模拟结果表明,焊后残余应力主要在冷却阶段产生,以纵向拉应力为主,分布在焊缝及其两侧区域,呈现两端受压中心受拉的分布规律,最大残余应力达到802MPa。焊后整体变形较小,为典型的薄板“波浪变形”,与板材实际焊后变形对比,其变形趋势一致,验证了应力场模型的正确性,可以用于预测焊后变形及残余应力分布。

关键词：汽车轻量化先进高强钢 cmt焊数值模拟

波形参数对高速cmt焊接稳定性及焊缝成形影响的研究

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波形参数对高速CMT焊接稳定性及焊缝成形影响的研究

作者：张栋山东大学

学位级别：硕士

冷金属过渡焊（Cold metal transfer welding, cmt焊）是一种新型的焊接技术,为薄板高速焊提供了良好的解决方案。在其他学者工作的基础上,本文研究了cmt焊电流波形参数对焊接稳定性特别是高速cmt焊稳定性和焊缝成形的影响,对于认识cmt... 详细信息

冷金属过渡焊（Cold metal transfer welding, cmt焊）是一种新型的焊接技术,为薄板高速焊提供了良好的解决方案。在其他学者工作的基础上,本文研究了cmt焊电流波形参数对焊接稳定性特别是高速cmt焊稳定性和焊缝成形的影响,对于认识cmt焊的物理过程、扩大焊接工艺窗口、提高焊接生产效率具有重要意义。本实验采用背光阴影法对焊接过程熔滴过渡、电弧、熔池进行拍摄并同步采集了焊接电参数,针对cmt焊电流波形,特别是峰值电流Ib和峰值持续时间tb展开了一系列实验,实验结果表明峰值持续时间tb能够显著影响熔滴重量（熔滴尺寸）、过渡频率、电弧能量分布和焊缝成形,而电流峰值大小Ib对上述参量的影响较小。采用概率统计的方法,分析了上述两个波形参数对cmt焊接过程中各个阶段持续时间概率分布的影响规律,发现当tn设定为1.6-3.6ms时能够获得稳定的焊接过程;低于或高于这个范围,焊接过程不稳定,出现异常长或异常短的短路过程。结合熔滴过渡图像和相应的电参数,分析了异常的cmt短路过程,指出tb较小时,液态金属温度低,粘度大,液态金属粘连在焊丝上,使液态小桥拉断困难,导致异常长的短路过程;tb较大时,熔滴尺寸大,需要过渡到熔池中的金属量增多,使短路过程过长,而此时的瞬态短路现象使短路过程异常短。设计了焊接工艺正交实验,对不同平均送丝速度下高速cmt焊波形参数进行了优化;采用综合分析法,对正交实验结果进行了评价,结果表明峰值送丝速度对焊缝成形的影响最大,Ib的影响最小。优化了工艺参数,最高焊速可达2.1m-min-1。结合焊接过程各个阶段持续时间的概率分布和U-I相图分析了波形参数对焊接稳定性的影响,通过焊接过程熔滴过渡图像,分析了高速cmt焊过程特有的“粘丝”现象,峰值送丝速度过快、熔池稳定低,高速焊下熔滴后拖是“粘丝”产生的原因。提高熔池温度、加快焊丝熔化能够抑制甚至消除cmt高速焊“粘丝”现象,因而提出了外加热源辅助的cmt复合焊的策略,初步探讨了cmt+STT、cmt+GMAW-S复合焊的可能性。分析了两种复合焊策略下的焊缝成形、熔滴过渡特点和辅助热源下cmt焊接过程的稳定性。在复合焊情况下,最高焊速可提高到2.4 m·min-1,焊速提高明显,显著提高焊接效率。

关键词： cmt焊高速焊波形参数熔滴过渡电流波形优化焊接稳定性

T2/A11060 cmt焊接接头组织和性能研究

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T2/A11060 CMT焊接接头组织和性能研究

作者：刘佩媛沈阳理工大学

学位级别：硕士

采用冷金属过渡焊(cmt)技术对T2和A11060异种金属的焊接工艺进行研究。实验选用S301、ER4043、ER4047三种焊丝采用搭接方式在不同焊接规范下得到焊接接头,对接头物相及形貌进行观察和测试,研究焊接热输入对焊缝组织及力学性能的影响,讨... 详细信息

采用冷金属过渡焊(cmt)技术对T2和A11060异种金属的焊接工艺进行研究。实验选用S301、ER4043、ER4047三种焊丝采用搭接方式在不同焊接规范下得到焊接接头,对接头物相及形貌进行观察和测试,研究焊接热输入对焊缝组织及力学性能的影响,讨论影响焊缝金属间化合物厚度的因素。研究提高异种金属焊接接头强度的焊接工艺,主要是对T2母材表面镀镍,观察镀镍层对接头强度的影响。使用金相显微镜,SEM、EDS、XRD手段对焊接接头组织进行分析得出结论,使用S301焊丝,焊接接头处生成两层明显的锯齿状金属间化合物,近铜侧厚度较小,近铝侧厚度较大,主要成分为CuAl2、Cu3Al2、CuAl和铜在铝中的固溶体;使用ER4043焊丝,焊接接头处生成两层明显的锯齿状金属间化合物,主要成分为CuAl2、CuAl3、CuAl4以及Cu在铝中的固溶体;使用ER4047焊丝,接头金属间化合物成分较为复杂,生成CuAl2、CuAl、Cu3Al4、CuAl4等多种金属间化合物以及铜在铝中的固溶体。铜板镀镍后,接头成分为CuAl4和Cu3Al这两种金属间化合物以及铜在铝中的固溶体。镀镍层有效阻隔了铜铝异种金属的扩散。焊接接头的力学性能测试显示,焊丝S301的接头最大抗拉强度为37MPa,焊丝ER4043的接头最大抗拉强度为53MPa,焊丝ER4047的接头最大抗拉强度为45MPa。镀镍后,焊丝ER4043的接头最大抗拉强度提高至113MPa。断裂类型属于脆性断裂,接头内部的焊接缺陷以及较厚的金属间化合物层是影响接头强度的主要因素。接头两侧母材硬度分布均匀,在熔合线处由于产生金属间化合物,出现硬度急剧增加的现象,这种硬度的不均匀分布现象也是影响焊接接头强度的因素之一。

关键词： T2/A11060异种接头 cmt焊接头金属间化合物镀Ni