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分享:TA1丝网脉冲微束等离子弧焊工艺

2022-11-15 15:40:04 

武琪昌,何建萍,,

(上海工程技术大学 材料工程学院,201620)

摘 要:针对 TA1丝网开展了脉冲微束等离子弧焊试验,并从焊接接头的宏观形貌显微组织和 力学性能等方面进行研究,分析了焊接参数对 TA1:等离子弧焊可以取得较好的连接效果;随着热输入,圆球 ;焊接接头母材区的显微组织为等轴α,焊缝区以针状α相和片状α相为,α ,且焊缝区的显微硬度最高;焊接接头的抗拉强度达到了母材的90%,拉伸口以

关键词:TA1;;;

中图分类:TG456.2 标志:A :1001-4012(2022)09-0027-05

金属丝网具有良好的通透性,化工纺织 印刷等领域用于过滤和分离过程[1-3],量轻稳 定 性 高,所 以 常 被 用 于 月 球 车 车 轮 的 设 [4-5]TA1工业纯钛具有比强度腐蚀 性好等特点,被广泛应用于航空航天[6]由此,TA1丝网制品有通常情况下,丝网行的,在有丝位置(需要焊接)和无丝位置(不需要焊 )交替进行因此,传统焊接金属丝网的方法是在的金,的是,,低等缺点为了解决不连续点焊金属丝网存在的问 ,择一,光焊子束焊和[7]0.02mm ,[8]子束 焊的方式研究了航天用滤网材料的焊接,发现当加速 电压 为 40kV,聚 焦 电 流 为 1.92 A,焊 接 速 率 为 200mm/min,电子束电流为4mA ,网焊的形 貌最佳,焊件质量较为可靠焊和子束的方式虽然可以提高焊接质量和生产效率,但相应设 备价格昂贵,加工成本高,一般只用于特殊要求的工 (如航空航天医疗器械等)加工,不适合大规模生 产使用,因此,在一般的工业应用中,需要采用一种既能保证高效率又兼顾低成本的焊接方法微束等离 子弧焊(MPAW)30A弧焊技术, 因此在低焊接电流下,其稳定性也很高,且微束等离 子弧焊具有焊接质量好成本低的优点

采用微束等离子弧焊对丝网进行焊接的过程 ,能量高度集中的电弧以及 TA1丝网自身的传特性是影响焊接效果的主要因素,为此,者主要从 热输入变化入手,以脉冲电流为变量,研究了 TA1 丝网脉冲微束等离子弧焊工艺,将不同焊接参数下 焊接接头的宏观形貌显微组织和力学性能进行对 比分析,为材料工程应用提供了理论依据


1 试验材料与方法

将目数为25×25,直径为0.25mm,丝与丝 的间隙距离为1mm TA1工业纯钛丝网,采用脉 冲微离子的方,去试油污(经线边缘上翘)和下凹毛边(经线边缘下凹),以将两块尺寸为70mm×20mm(×)采用对齐(上翘毛下凹毛边对)错位(1),DS 0.6 mmPlasmafix51型焊机作为焊接电源子气和保护气均采用工业纯氩气,其中离子气流量 0.5L/min,保护气流量为3.5L/min试验中采 用直径为2mm 的圆锥形尖端铈钨极,钨极尖内缩于孔径为2mm 的压缩紫铜喷嘴内2mm接时焊枪经传动装置在试样正上方平行水平移动, 焊枪头部距试样表面高度为2mm

在微束等离子弧焊中,脉冲频率fz 与丝网两条 相邻平行丝线之间的距离Lp 和焊接速率Vw 的关 系如式(1)~(3)所示当一个脉冲要经过多对焊接 接头时有 fz <Vw/Lp (1) 当一个脉冲要经过一对时有 fz =Vw/Lp (2) 当多个脉冲要经过一对接头时有 fz >Vw/Lp (3) 采用,值电流(Ip)(Ib)作用 ,焊点会经历快速加热与快速冷却的过程(见图 2)。 复 试验采用的焊接参数如表1所示,每组参数重 焊接3个试样

的特同一,,镶嵌打磨和抛光后,使用2%(体积分数,下同)氟酸+3% 硝 酸 +95% 水 溶 液 对 其 侵 蚀 100s,VHX-600K 型显微镜下观察焊点的显微 组 织使用 DHV-1000型数进行显微硬度测试,0.98N,15sIBTC-300 ,样采最后用 扫 描 电 镜 (SEM)观 察 试 样 的 拉 伸 断 口


2 试验结果与分析

2.1 宏观观察

从焊接 接 头 处 取 样,选 择 形 貌 接 近 且 连 续 的 8个焊点进行宏观观察不同焊接参数观形貌如图3由图3可知:Ib=0.6A,Ip =0.74A ,形貌主要以椭球状为主,分接近圆球状的焊点,因为Ip Ib 相距较小,Ib 起到的冷却作用比较有限,金属熔化过程持续较久, 使焊 点 的 长 轴 扩 展 更 顺 利;Ib =0.5 A,Ip = 0.78A ,焊点形貌以圆球状为主,此时Ip 的加热 作用与Ib 的冷却作用开始明显,Ib 的冷却作用抑 制了金属熔化,使焊点的长轴扩展被削弱;Ib= 0.4A,Ip=0.83A ,,Ip Ib ,Ib ,,穿 ,TA1TA1,装配时发生变形,使装配时紧贴不完全,接头间存 在缝隙,因此金属熔化时未能实现有效连接,最终 导致焊点产 生 一 侧 的 毛 边 烧 断,一 侧 的 毛 边 结 球 的情况.


2.2 金相检验

2.2.1 母材

TA1丝网母材的显微组织如图4所示,可见母 材由单一的等轴α相构成


2.2.2 焊缝中心和热影响区

不同焊接参数下焊点焊缝中心和热影响区的显 微组织如图55a)~5c):Ib = 0.6A,Ip=0.74A ,缝中,原因主要是丝的直径较小,冷却 速率快,使得形核位置及晶核数量增多,进而引起原 始晶界发生破碎,α相与 α晶粒呈针状;Ib=0.5A,Ip=0.78A ,焊缝中晶粒 呈网篮 状 分 布,晶 粒 的 部 分 长 大;Ib=0.4A,Ip=0.83A ,焊缝中心的α相有针状 和片状两种形式,一般是因丝网在具有较高 温度区间加热,并以中等的冷却速率冷却而形 β 成 相 的 的 , ,,5a),5c)见焊气孔,一现 象的原因可能与保护气流量和装配有关,量不够时容易混入空气,从而产生气孔,若装配时紧 贴不严,也容易在金属熔化过程中混入气体,从而产 生气孔由图5d)~5f)可知:焊点热影响区的粒明显 更加粗大,以片状α相为主,晶界交错重

2.3 力学性能测试

2.3.1 显微硬度测试

不同焊接参数下焊点的显微硬度测试结果如图 6所示由图6可知:不同焊接参数下,焊点硬度最 高的部位均为焊缝区,硬度最低的部位均为热影响 ,150 HVIb=0.6A,Ip=0.74A ,度为134.6HV;Ib=0.5A,Ip=0.78A ,热影响区的最低硬度为128.7HV;Ib=0.4A, Ip=0.83A ,128.9HV焊点热影,以其硬度比母材区低硬度逐渐增大,因为在焊接过程中,焊缝区发生了α相向β,快速冷,βα,α ,针状α相的形成可[9], 所以焊缝区硬度最高Ib=0.5A,Ip=0.78A 时焊点 焊 缝 区 的 显 微 硬 度 达 到 了 312.1 HV;Ib=0.4A,Ip=0.83A ,,Ib 作用有限,使,而导的显微硬度较低


2.3.2 拉伸性能测试

焊接接头的拉伸性能测试均采用单根丝来完 母材和不同焊接参数下,焊接接头的拉伸性能 测试结果如表22:,焊缝区与热拉强,等轴α相组成,焊缝区主要由片状和针状α相组成, 焊接热影响区存在部分片状α,片状显微组织有利 于提高丝网的抗拉强度;此外,不同焊接参数下焊接 90%,

2.3.3 SEM 分析

貌 焊接参数下焊接接头拉伸断口的 SEM 如图7 7 :Ib =0.6 A,Ip = 0.74A ,,,面产生新滑移,移痕尖锐, 使之平滑发为蛇,为涟无特征区[10] ;Ib=0.5A,Ip=0.78A,韧窝的大小和分布都比较均匀,此时焊接接头的力学性能 较好;Ib=0.4A,Ip=0.83A ,多个不同解理面相交形成了解离台阶,表明存在部分解裂的情况,此时接头拉伸断裂属于混合断裂


3 结论

(1)研究了高频脉冲微束等离子弧焊焊接 TA1 丝网工艺,随着Ip 的增加,即热输入的增加,焊点的 宏观形貌逐渐由椭球状向圆球状变化(2)随着热输入的增加,焊接接头焊缝区的组 织主 要 是 由 针 状 α 相 向 片 状 α 相 变 化,但 当 Ib=0.6A,Ip=0.74A 以及Ib=0.4A,Ip=0.83A ,,生这流量和焊接装配过程有关(3)不同焊接参数下焊接接头焊缝区的显微硬 度均高于母材,焊接接头的抗拉强度也能达到母材 90%,故高频脉冲微束等离子弧焊比较适合焊接 TA1丝网

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