摘要：随着科技的不断进步，有色金属等离子焊接工艺得到了很大提升，表现出较大、较好的行业发展前景。紧紧围绕有色金属，研究等离子焊接接头的组织性能以及焊接技术，充分利用有色金属等离子焊接接头超声消应技术，保证有色金属等离子焊接接头的性能。同时，规范有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的操作流程，对等离子焊接接头进行超声消应处理，对比接头超声消应工艺前后其接头性能变化，研究结果表明，有色金属采用等离子焊接，对焊接接头运用超声消应工艺，可以增强焊接接头性能。本文首先分析了等离子焊接接头超声消应工艺，接下来详细阐述了超声消应工艺实验，最后对试验结果进行分析，希望通过本文的分析研究，给我国有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的提升做出贡献，同时希望给行业内人士以借鉴和启发。
关键词：铝有色金属；等离子焊接；接头焊接；超声消应
引言
有色金属具有较强的焊接性，同时有色金属焊接接头强度适中、可塑性较强，尤其是有色金属具有良好的耐磨性、耐腐蚀性以及快速成型等特征，使得有色金属在生活生产中具有广泛的应用领域。有色金属部件需要在极端恶劣的工作环境下工作，因此对于有色金属焊接接头的性能提出了巨大的考验。在增强有色金属焊接接头性能方面，除了改进有色金属焊接工艺之外，就是需要对焊接之后的焊接接头进行超声消应工艺处理。在实际应用中可以看出，超声消应工艺能够对有色金属等离子焊接接头性能进行良好的处理，并且超声消应工艺具有速度快、质量高、成本低等特征，因而成为能够广泛推广应用的有色金属等离子焊接接头处理工艺。
1等离子焊接接头超声消应工艺
在实际应用过程中，不可回避的一个问题就是如何处理有色金属之间的焊接以及接头的处理。等离子焊接是有色金属焊接方法中使用最多的一种方法，其操作流程简单、工艺技术成熟，能够确保有色金属焊接效果。但是，在有色金属等离子焊接工艺过程中，如何提高焊接接头性能也是值得广泛关注的[2]。因此，有色金属等离子焊接接头超声消应工艺值得推广。根据目前有色金属等离子焊接工艺现状，提出一种全新的有色金属等离子焊接接头超声消应工艺，以一种高频率脉冲，加大超声强度与压力，通过超声的强大穿透力，使得等离子焊接时出现一种超声发射源头，利用超声高频率脉冲与等离子焊丝的同时作用下，完善有色金属焊接接头性能，避免有害物质的产生，细腻有色金属焊接接头结构，提高有色金属等离子焊接接头超声消应工艺质量。
2超声消应工艺实验
（1）实验材料的准备。为了更好的展现出有色金属等离子焊接接头超声消应工艺质量，可以通过比较实验的方式对有色金属等离子焊接接头超声消应工艺进行评价。在有色金属等离子焊接接头超声消应工艺实验材料准备时，需要准备同种有色金属试板两个，并且其大小、形状等也必须是相同的，然后在相同环境下，一个试板采用传统接头处理工艺，另一个试板采用超声消应工艺。（2）超声消应工艺实验参数。有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的具体操作还是需要依靠仪器设备的，其中使用次数最多的就是超声冲击枪。在使用超声冲击枪时，除了利用冲击强自身携带的冲击压力之外，超声冲击枪使用者也要施加一定的外部压力。
表1中详细的描述了有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的参数，涉及功率、频率、电压和电流等多个方面。在实验过程中，需要时刻关注超声冲击枪各个实验参数变化，确保实验参数能够维持在某一个合理范围内，避免实验参数变化影响实验结果，从而影响对有色金属等离子焊接接头超声消应工艺有效性的判断。（3））超声消应工艺方法与设备。有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的测试方法主要采用的是钻孔残余应力测试法，首先在有色金属试板表面粘贴焊接变花，然后在焊接变花的中心位置利用超声冲击枪钻孔，最后根据钻孔直径、钻孔深度计算残余应力，从而判断有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的有效性。在有色金属等离子焊接接头超声消应工艺实验时，超声消应工艺设备选择的超声冲击枪型号为WE4509，有色金属等离子焊接接头超声消应专用变花以及残余余力感应设备。合适的方法与设备是确保有色金属等离子焊接接头超声消应工艺顺利实施的基础。
3试验结果及分析
3.1焊缝外观和内部质量检验
按照表2工艺参数焊接完成的试板，分别按照JB/T4730.5—2005Ⅰ级和JB/T4730.2—2005Ⅱ级进行了着色检测和射线检测，均合格。
表2 7020铝合金的焊接工艺参数
3.2焊缝接头性能测试
按照JB/T4734—2002铝制焊接容器有关焊接工艺评定和焊缝检验的要求，进行了焊接接头拉伸性能、弯曲性能的测试，结果见表3和表3。
表3 焊缝接头拉伸性能
表4 焊缝接头弯曲性能
由表3中数据可以看出，MIG焊接头焊缝及焊接过渡区的抗拉强度不低于母材强度的60%；由表5中数据可以看出，冷弯试验一组，取侧弯16mm×10mm标准试样4个，弯径70mm、弯角180°，被拉伸面均无裂纹，说明7020铝合金MIG焊接接头具有良好的工艺和力学性能。
3.3残余应力结果分析
试板Al1和Al2的残余应力测量结果见表6，超声冲击消除应力效果见图1。由表5和图1可以看出，7020合金焊接板材在焊缝熔合线附近残余应力最大，其平行于焊缝的残余应力达到了69.1MPa，焊缝中心残余应力相对较小，约为32.0MPa，其分布符合一般的焊接残余应力的分布规律。残余应力最大值小于合金板材焊缝的屈服应力190MPa，对于结构强度来说在安全范围之内，但残余应力的存在对合金结构焊接变形及应力腐蚀性能仍将产生较大的影响，采用逐层超声冲击工艺处理能有效降低或消除这些影响。试验结果表明，经超声冲击后，板材焊缝处的残余应力明显下降，残余应力状态发生变化，趋于由拉应力变为压应力。其平行于焊缝的残余压应力最大值由未经超声冲击处理的69.1MPa变为经处理后的26.8MPa，其焊接残余应力降低了61.2%。这说明，在焊接过程中采用超声冲击处理可以有效降低合金板材焊缝处的残余应力，部分位置使得拉应力转变为压应力。
表5 焊接试板垂直于焊缝中心线残余应力测量结果
图1 超声冲击工艺残余应力消除效果对比
3.4超声消应工艺实验结果
经过了实验材料的准备、实验参数设置、实验方法与设备选择等环节之后，就可以得到如下图所示的有色金属等离子焊接接头超声消应工艺实验结果对比图。
由图可以看出，有色金属试板经过等离子焊接机头超声消应工艺处理之后，其焊接接头处的残余应力是逐渐变大的，并且有色金属等离子焊接接头超声消应工艺整体上处于均匀上升趋势，其中增加确实减缓主要是因为随着焊接时间的增加，焊接接头面积增加。与此同时，残余应力的增加也从侧面说明有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的有效性。从图1中还可以看出，传统焊接接头处理工艺下，其残余应力也是逐渐上升，但是与有色金属等离子焊接接头超声消应工艺处理的接头的残余应力相比，它的数值与上升趋势是存在差别的。因此，可以得出结论，有色金属等离子焊接接头超声消应工艺效果较好。
3.5超声消应工艺方法与设备
有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的测试方法主要采用的是钻孔残余应力测试法，首先在有色金属试板表面粘贴焊接变花，然后在焊接变花的中心位置利用超声冲击枪钻孔，最后根据钻孔直径、钻孔深度计算残余应力，从而判断有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的有效性。在有色金属等离子焊接接头超声消应工艺实验时，超声消应工艺设备选择的超声冲击枪型号为WE4509，有色金属等离子焊接接头超声消应专用变花以及残余余力感应设备。合适的方法与设备是确保有色金属等离子焊接接头超声消应工艺顺利实施的基础。
结语
随着科技的发展，有色金属等离子焊接接头超声消应工艺也要不断发展。紧紧围绕有色金属等离子焊接接头超声消应工艺，对有色金属超声消应工艺进行介绍，并设计对比实验得出结论：有色金属等离子焊接接头超声消应工艺比传统焊接接头处理工艺效果好。为了确保有色金属等离子焊接接头质量的提升，需要注意有色金属等离子焊接接头超声消应工艺的各个环节与操作流程，确保有色金属等离子焊接接头得到有效处理，提升有色金属等离子焊接接头的使用寿命，避免出现因为有色金属等离子焊接接头开裂而影响有色金属所属机器的整体运作
参考文献：
［1］王东坡，霍立兴，张玉凤，等.超声冲击法改善LF21铝合金焊接接头的疲劳性能［J］.中国有色金属学报，2001，11（5）：754—759.2001，11（5）：754—759.
［2］郭小辉，柳军，徐希军，等.钛合金等离子焊后超声消应工艺［C］.上海：第十四届全国钛及钛合金学术交流会，2010.
[4]徐野，韩晓辉，叶结和，等.高速列车铝合金车体超声波冲击消除焊接 残余应力方法研究[J].电焊机，2018（3）：24-27.
[5]方荣超，杨武虎，朱明涛，等.超声冲击消除焊接接头残余应力的试验 研究[J].工程机械，2018（3）：9-12.
论文作者:王威,张利晨
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：超声论文; 有色金属论文; 等离子论文; 工艺论文; 应力论文; 残余论文; 性能论文; 《电力设备》2019年第4期论文;