基于5 mm厚的Ti-6Al-4V钛合金平板,分别采用常规钨极氩弧焊（Conventional gas tungsten arc welding,C-GTAW）和超高频脉冲钨极氩弧焊（Ultra high frequency pulsed GTAW,UHFP-GTAW）工艺,选用相同平均电流（60 A）进行焊接,同时利用FLUKE Ti400红外热像仪对熔池中心温度进行实时监测,分别对电弧定点燃烧时、以50 mm/min焊速移动时采集的熔池中心温度进行分析。由测量结果可知,与相同条件下C-GTAW相比,UHFP-GTAW作用下的熔池中心温度最大值增加了10-40 K,表明该工艺具有更高的能量密度。分析1.5 mm钛合金对接工艺试验的组织性能测试结果发现,焊缝区细小均匀的针状α＇马氏体形成的网篮组织含量增加,热影响区组织α＇相呈现短且小的针状且排列更为致密,可改善接头的拉伸力学性能、疲劳性能。UHFP-GTAW焊缝的伸长率最小增幅为30%,断面收缩率最小增幅为50%,疲劳寿命至少增加2倍。
以Ti-6Al-4V钛合金为母材金属进行焊缝气孔研究,试验发现与常规电弧焊接(conventional GTAW,CGTAW)相比,超高频脉冲GTAW(ultra high frequency pulsed GTAW,UHFP-GTAW)具有较好的焊缝气孔清理效果,可有效减少甚至清除气孔缺陷.结合UHFP-GTAW电弧行为对焊缝气孔形成的气泡长大、脱离熔池壁面、上浮逸出等三个阶段分别进行分析.结果表明,在高频脉冲电弧作用下,气泡受压,有利于气泡核长大;表面张力变大,有利于附着气泡脱离熔池壁面;Ti-6Al-4V钛合金熔池粘度随温度升高而减小,气泡逸出速度随之增大,有利于降低焊缝气孔敏感性.
熔池金属流动一方面受电弧行为影响,另一方面与凝固组织形核、结晶过程联系紧密,是电弧焊接基础研究的关键,针对电弧力作用研究了超高频脉冲电弧焊接(UHFPAW,Ultra High Frequency Pulsed Arc Welding)熔池金属流动特点,采用理论研究与试验分析相结合的方式对熔池流动方式、强度、温度分布等要素进行了分析,并完成了液态金属表面运动特征监测.结果表明,超高频脉冲电弧对熔池液态金属的热、力作用显著,表面流体流速大于30 cm/s,UHFP-AW电弧力造成熔池表面沉降变形,引起双环流,熔池温度扩散范围相应减小,有效降低了电弧热量对母材金属的影响,尤其在钛合金焊接中对控制焊缝晶粒尺寸具有重要意义.
