超声钨极氩弧复合焊金属熔化行为分析

熔化极氩弧焊实验一、试验目的1、了解熔化极氩弧焊机的组成及结构特点；2、了解熔化极氩弧焊机的操作方法及程序控制；3、了解规范参数对焊缝成形的影响。

二、实验装置及实验材料1、熔化极半自动氩弧焊机1台2、氩气（纯度≥99.7％）1瓶3、减压阀、流量计1个4、钢板（10×200×400mm）2块5、焊丝（Φ3～4mm）1盘6、钢板尺1把7、、流量计一个三、实验原理熔化极氩弧焊是以氩气作为保护气体，并以连续送进的焊丝作为电极及填充金属（如图1，又称MIG焊。

由于不存在钨极熔化问题，可以采用高密度电流，因而母材熔深大，填充金属熔敷速度快，焊接厚板时生产率高，变形小。

所以，熔化极氩弧焊适于焊接3mm 以上，25mm以下的中、厚板。

熔化极氩弧焊一般采用直流反接，可以焊接所有金属，尤其是焊接铝、镁及其合金，可以利用阴极雾化作用和阳极（焊丝）产热量大、熔敷率高的特点，提高生产率。

根据电流的大小、电弧电压的高低可以选择熔滴过渡形式有：短路过渡过渡形式、颗粒过渡过渡形式、喷射过渡等多种熔滴过渡形式。

熔化极氩弧焊可以自动或半自动方式进行。

图1 熔化极氩弧焊焊接过程示意图四、实验方法及实验步骤1、了解半自动熔化极氩弧焊机的组成及结构，熟悉焊机的使用及焊接规范的调整方法；2、引弧焊接，分析和观察熔滴过渡情况3、规范参数对焊缝成形的影响（1）调整焊接电压到23～25V，选择表1中的电流进行焊接，注意每次焊接速度要一样，每焊一个焊道，按表中内容记录一次；（2）调整焊接电流到160±10A，选择表2中的电压进行焊接，注意每次焊接速度要一样，每焊一个焊道，按表中内容记录一次。

表1 U＝23～25V 不同焊接电流对焊缝成形的影响五、实验报告要求1、说明熔化极半自动氩弧焊机的结构及各部件的名称；2、说明熔化极半自动氩弧焊的引弧及熄弧方式；3、分析不同焊接规范时，熔化极氩弧焊的熔滴过渡形式及其对焊缝成形的影响。

ZG230-450钨极氩弧焊的堆焊焊缝性能分析摘要：在ZG230-450的生产、制造和使用中会出现不同种类的缺陷，为研究这些缺陷的焊接修复工艺，本文选用ER50-6的焊棒，使用钨极氩弧焊对母材ZG230-450进行堆焊，对堆焊后的焊缝进行金相分析后得出该种工艺的可行性以及今后的优化方向。

焊缝金相组织的分析是焊接工艺设计中关键的参考依据。

本文对该焊缝接头金相组织进行了详细的分析，既可以验证本次焊接工艺的合理性，又可以为铸钢件的焊接修复提供试验基础。

关键词：ZG230-450；钨极氩弧焊；焊缝金相0 序言[*]ZG230-450是一种铸造碳钢，也叫ZG25或者25号钢。

230是指铸钢件的屈服强度为230Mpa，450是指铸钢件的抗拉强度为450Mpa。

ZG代表铸钢的拼音缩写，执行GB/T11352标准。

此种材料焊接性良好，焊前可不预热或100～150℃低温预热，焊接量较大时需要焊后去应力处理。

作为结构件在焊接产品的制造过程中常用的焊接方法有手工电弧焊、熔化极气体保护焊等。

但是作为铸造件，在铸造过程中不可避免的会出现铸造缺陷，同时后工序生产中由于机加工等工序产生的制造缺陷，还有在构件服役过程中由于载荷作用产生的缺陷和磨损等影响产品使用的缺陷。

这些缺陷如果是在高应力区、加工面或者缺陷较小的时候，采用热输入量更低的钨极氩弧焊会降低工件的变形，提高焊接质量，所以从经济性和焊缝质量上综合考虑都是比较好的选择。

本文选用ER50-6的焊棒，使用钨极氩弧焊对母材ZG230-450进行堆焊，对堆焊后的焊缝进行金相分析后得出该种工艺的可行性以及今后的优化方向。

1 试验材料1.1 试验母材试样的焊接母材选用的是《一般工程用铸造碳钢件》GB/T 11352中的ZG230-450铸造碳钢，正火热处理，其化学成分列于表1。

表1 ZG230-450一般工程用铸造碳钢化学成分C SiMnP S NiCrCuMoV≤0.30≤0.60≤0.90≤0.035≤0.035≤0.40≤0.35≤0.40≤0.20≤0.051.2 试验焊材试验的焊接材料为《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110中型号为ER50-6直径2.0mm的实心焊棒，其化学成分、力学性能分别列于表2、表3。

In the end, what you believe can become what you believe.通用参考模板（页眉可删）钨极氩弧焊实验报告下面是由收集整理的钨极氩弧焊实验报告两篇，希望可以帮到有需要的朋友，欢迎阅读分享。

篇一：钨极氩弧焊实验一、实验目的1、熟悉交流钨极氩弧焊机的结构、电路原理及操作方法；2、了解钨极氩弧的特点、引弧及稳弧措施二、实验装置及实验材料1、NSA－500－2型交流钨极氩弧焊机 1台2、TIG焊焊炬 1把3、氩气（纯度≥99.7％）1瓶4、减压阀、流量计各15、光线示波器1台6、铝板3×200×300mm 2块7、铝焊丝Φ3～4mm 5米三、试验原理钨极氩弧焊是以高熔点的钨棒作为电极，故又称为不熔化极氩弧焊，也叫TIG焊。

焊接时钨极不熔化，只起产生电弧的电极作用。

填充金属（焊丝）从电弧前方送入，如图1。

钨极氩弧焊的焊接过程多以手工方式进行，也可以自动进行。

钨极氩弧焊焊接铝、镁及其合金时，由于铝、镁及其合金表面有一层熔点高且致密的氧化膜（如铝的熔点为658℃，而Al2O3的熔点为2050℃），容易导致熔合不良、焊缝夹杂等缺陷，为此，一般采用直流反接（工件接阴极），因为氧化膜有电子逸出功小的特点，容易发射电子，电弧自动在氧化膜处燃烧，同时又受到来自于弧柱的高速运动的正离子的撞击，致使氧化膜破碎，使氧化膜清除（这种现象一般称为“阴极破碎”或“阴极雾化”作用）。

但是，阴极发射的大量电子向阳极（钨极）运动，放出大量的热量，很容易使钨极过热熔化。

同时，由于阴极产热量低，熔深小。

故实际生产中多采用交流电源焊接。

由于TIG焊过程中，钨极和工件（电极）的热物理性质的差异，导致正负半波电弧电阻的差异，从而引起正负半波电流的大小不同，即电流波形不对称，出现直流分量。

加之交流电弧每秒钟有100次过零点，这些现象都要使电弧的稳定性受到影响，为此要采取稳弧措施。

教学论文手工钨极氩弧焊技术浅析伍红军钨极氩弧焊是采用钨棒作为电极，利用氩气作为保护气体进行焊接的一种气体保护焊方法，如图1所示。

图1 钨极氩弧焊示意图1—喷嘴2—钨极3—电弧4—焊缝5—工件6—熔池7—焊丝8—氩气1、钨极氩弧焊原理通过钨极与工件之间产生电弧，利用从焊枪喷嘴中喷出的氩气流在电弧区形成严密封闭的气层，使电极和金属熔池与空气隔离，以防止空气的侵入。

同时利用电弧热来熔化基本金属和填充焊丝形成熔池。

液态金属熔池凝固后形成焊缝。

由于氩气是一种惰性气体，不与金属起化学反应，所以能充分保护金属熔池不被氧化。

同时氩气在高温时不溶于液态金属中，所以焊缝不易生成气孔。

因此，氩气的保护作用是有效和可靠的，可以获得较高质量的焊缝。

焊接时钨极不熔化，所以钨极氩弧焊又称为非熔化极氩弧焊。

根据所采用的电源种类，钨极氩弧焊又分为直流、交流和脉冲三种。

2、钨极氩弧焊工艺特点氩弧焊与其他电弧焊相比具有的优点：（1）保护效果好，焊缝质量高氩气不与金属发生反应，也不溶于金属，焊接过程基本上是金属熔化与结晶的简单过程，因此能获得较为纯净及质量高的焊缝。

（2）焊接变形和应力小由弧受氩气流的压缩和冷却作用，电弧热量集中，热影响区很窄，焊接变形与应力均小，尤其适于薄板焊接。

（3）易观察、易操作由于是明弧焊，所以观察方便，操作容易，尤其适用于全位置焊接。

（4）稳定电弧稳定，飞溅少，焊后不用清渣。

（5）易控制熔池尺寸由于焊丝和电极是分开的，焊工能够很好的控制熔池尺寸和大小。

（6）可焊的材料范围广几乎所有的金属材料都可以进行氩弧焊。

特别适宜焊接化学性能活泼的金属和合金，如铝、镁、钛等。

钨极氩弧焊的缺点：（1）设备成本较高。

（2）氩气电离势高，引弧困难，需要采用高频引弧及稳弧装置。

（3）氩弧焊产生的紫外线是手弧焊的5－30倍，生成的臭氧对焊工有危害，所以要加强防护。

（4）焊接时需有防风措施。

钨极氩弧焊的应用范围：钨极氩弧焊是一种高质量的焊接方法，因此在工业行业中均广泛的被采用。

电弧焊接中的焊缝溶融深度与熔核形貌分析电弧焊接是一种常见的金属连接技术，它通过高温电弧将金属材料熔化并连接在一起。

焊缝溶融深度和熔核形貌是电弧焊接中重要的参数，对焊接质量有着直接的影响。

本文将对电弧焊接中的焊缝溶融深度与熔核形貌进行分析。

一、焊缝溶融深度的影响因素焊缝溶融深度是指焊接过程中金属材料被熔化的深度。

它受到多个因素的影响，包括焊接电流、焊接速度、焊接电弧的稳定性等。

首先，焊接电流是影响焊缝溶融深度的重要因素之一。

当焊接电流增大时，焊缝溶融深度也会增加。

因为电流的增大会导致焊接区域温度升高，使金属材料更容易被熔化。

其次，焊接速度也会对焊缝溶融深度产生影响。

焊接速度越快，焊缝溶融深度越浅。

因为焊接速度的增加会使焊接区域的热量传导速度增加，导致金属材料熔化的时间减少。

最后，焊接电弧的稳定性也会影响焊缝溶融深度。

当电弧不稳定时，焊接区域的热量分布不均匀，导致焊缝溶融深度不一致。

因此，保持电弧的稳定性对于获得一致的焊缝溶融深度非常重要。

二、熔核形貌的分析熔核形貌是指焊接过程中金属材料熔化后形成的结构。

它可以通过金相显微镜等工具进行观察和分析。

在电弧焊接过程中，金属材料会被高温电弧熔化，并在冷却过程中重新凝固。

这个过程中，熔化的金属会形成不同的结构，包括晶粒、晶界等。

熔核的形貌与焊接参数有关。

当焊接电流较高时，熔核通常呈现出较大的晶粒和较少的晶界。

这是因为高电流会导致较高的焊接温度，使金属材料在熔化和凝固过程中形成较大的晶粒。

另外，焊接速度也会对熔核形貌产生影响。

当焊接速度较快时，熔核中的晶粒通常较小且分布均匀。

这是因为快速焊接速度会使熔化的金属凝固的时间变短，导致晶粒尺寸减小。

此外，焊接电弧的稳定性对熔核形貌也有影响。

当电弧不稳定时，熔核中的晶粒通常较大且分布不均匀。

这是因为不稳定的电弧会导致焊接区域的温度分布不均匀，从而影响熔化和凝固过程中晶粒的形成。

总结起来，焊缝溶融深度和熔核形貌是电弧焊接中重要的参数。

熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷熔化极氩弧焊是一种常见的焊接方法，它在许多行业中被广泛应用。

在熔化极氩弧焊过程中，焊接缺陷是不可避免的，这些缺陷可能会导致焊接接头的强度降低，从而影响整体焊接质量。

下面将介绍熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷。

1. 毛刺：毛刺是熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷之一。

毛刺是指焊接过程中，焊接材料没有完全熔化或熔化不充分，形成的边缘不平整的现象。

毛刺不仅会影响焊接接头的外观美观，还会降低焊接接头的强度。

2. 气孔：气孔是熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷之一。

气孔是指焊接过程中，焊接材料中存在气体，形成的小孔。

气孔不仅会影响焊接接头的外观质量，还会降低焊接接头的强度和密封性能。

3. 焊缝不连续：焊缝不连续是熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷之一。

焊缝不连续是指焊接过程中，焊缝中存在未焊透或未熔化的现象。

焊缝不连续不仅会降低焊接接头的强度，还会影响焊接接头的密封性能。

4. 焊接变形：焊接变形是熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷之一。

焊接变形是指焊接过程中，焊接材料产生的形状变化。

焊接变形不仅会影响焊接接头的外观质量，还会导致焊接接头的尺寸偏差，从而影响焊接接头的拼装质量。

5. 焊接裂纹：焊接裂纹是熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷之一。

焊接裂纹是指焊接过程中，焊接材料产生的裂纹。

焊接裂纹会严重影响焊接接头的强度和密封性能，甚至导致焊接接头的断裂。

为了避免熔化极氩弧焊焊缝中常见的缺陷，需要采取一些措施：1. 选择合适的焊接参数：根据焊接材料的种类和厚度，选择合适的焊接电流、电压和焊接速度，以确保焊接材料能够完全熔化和熔合。

2. 清洁焊接表面：在焊接前，要将焊接表面清洁干净，去除油污、氧化物和其他杂质，以保证焊接接头的质量。

3. 使用合适的焊接材料：选择合适的焊条和焊丝，确保其质量符合要求，以防止焊接缺陷的产生。

4. 控制焊接过程：在焊接过程中，要控制好焊接电流、电压和焊接速度，保持稳定的焊接条件，以确保焊接接头的质量。

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析王 斌， 孙清洁， 程文倩， 冯吉才( 1． 哈尔滨工业大学( 威海) 山东省特种焊接技术重点实验室，威海 264209)摘 要: 提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法，根据超声复合焊接特性构建了分析模型，利用 COMSOL 有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况，同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度 的变化规律． 采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流 U-TIG 焊和普通 TIG 焊的电弧压力分布进行了测 量． 结果表明，U-TIG 焊电弧压力峰值明显高于普通 TIG 焊，复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水 平，但是随着电流增加，U-TIG 焊和普通 TIG 焊电弧压力峰值的差值减小． 分析认为大电流时，弧柱中心区域温度 很高，电流密度很大，使 TIG 焊电弧压力峰值明显升高，而 U-TIG 焊电弧等离子流力受到气体流量的限制，电弧压 力峰值增幅减小．关键词: 超声复合; 中图分类号: TG444声场模拟; 电弧压力 文献标识码: A文章编号: 0253 － 360X( 2014) 03 － 0049 － 04序 言 有限元计算模型0 1 钨极氩弧焊( tungsten inert gas ，TIG) 是制造工业 领域中应用最广泛的一种焊接方法，能够实现高品 质焊接，得到优良焊缝，对热输入量的调节很容易， 可以进行薄板和各种姿态下的焊接以及 精 密 焊在计算声场状态的过程中，选用 COMSOL Mul-tiphysics 多物理场建模与仿真软件． 首先建立与实 际声传播环境一致的理论模型如图 1 所示，根据实 际情况进行各个边界条件的设定，接着对各个求解 声场区域进行合适的网格划分，利用声压和振速等 物理量在网格边界连续的原则进行偏微分方程求解， 最终可以获得在整个声场空间内声压的状态分布．接［1］． 但是 TIG 焊存在着单道焊缝熔深浅、焊接速 度低、焊接效率低的缺点．近些年，很多学者研究复合电弧焊接方法并且取得了良好的效果［2］． 鉴于超声振动的相关优点，越来越多学者将超声振动引入到焊接中，如超声辅助焊接［3］、焊后超声冲击处理［4］、电弧超声焊接技 术［5］、超声辅助电阻加热钎焊［6］等．为了分析发射端与工件空间中声场分布模式以 及超声作用对电弧特性的影响规律，采用数值计算 的方法，通过求解偏微分方程进行声场状态的计算．在计算声场状态的过程中，选用了主要模拟基于偏微分方程组描述的物理现象的 COMSOL 多物理场 建模与仿真软件． 同时针对 U-TIG 焊和 TIG 焊电弧 压力的分析，采用通用的静态小孔法，对稳定燃烧的 直流 U-TIG 焊和普通 TIG 焊的电弧压力分布进行测 量，以焊接电流为工艺参数，观察焊接电弧的收缩和 能量的集中程度以及电弧下方的压力分布及作用 范围．图 1 声场计算模型Fig. 1 Computation model of sound field在焊接过程中，只有位于超声发射端正前方对 电弧产生作用的空间内的声压分布是研究范畴． 在 模拟时，可以取变幅杆下端及其周围为研究对象．建立模型时仅保留变幅杆下端的几何形状，同时忽略超声波在焊枪中传播的衰减． 考虑到假设条件为 超声振动法线方向为无穷界限，为了简化计算上的 困难将完美匹配层( 图 1b 中 PML)引入到计算模型收稿日期: 2012 － 12 － 30基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51105109 ) ; 国家重点基础研究发展规划资助项目( 973 计划) ( 2013CB035500)焊 接 学 报 第 35 卷50中，将有效吸收入射波辐射而不造成反射，减小外边 界对辐射声场的影响． 坐标形式选择用柱坐标表 示，纵坐标即变幅杆轴线，将其原点设置在变幅杆轴 线与反射面的交点处． 整个声场空间分成了三个求 解域，分别为超声振动发射端正前方的电弧空间、焊 枪之外的空气域以及最外层的完美吸收层． 考虑到超声波在模型中各个边界的作用情况， 模型中边界条件设置主要有以下情况．( 1) 轴对称边界． 整个模型是由三维模型简化 为二维轴对称，其对称轴应该满足轴对称边界条件． 图 2 不同发射面半径声辐射力随高度的变化 Acoustic radiation force varying with spatial height under different acoustic emission radiusFig. 2( 2) 声发射边界． 超声振动发射端面即是超声 波发射面，以超声波频率和固定的振幅向前端空间 内辐射超声波，并且端面具有固定的振动加速度，因 此要将其边界条件设置为“法线加速度”类型，其控 制方程为之变化，发射端半径变化对声辐射力的变化周 期没有太大影响，而是主要影响了声辐射力的幅值．由图 2 可看出，在随着变幅杆发射面半径的增大，声 辐射力也随距离反射面 15 mm 的声场空间内，当 r = 10 mm ，， 1 400 N ，n[ 1( !p ) ] = a( 1)nρ0式中: ρ0 为介质的静态密度; p 为声压; a n 为辐射面 的法线加速度; n 为常量．对于变幅杆端部的超声振动，其振幅的简谐振 动方程可以表示为mm 时，超声辐射力最大，约为 6 000 N ，其次 r mm 时，超声辐射力幅值仅次于 r = 13 mm ，约 r = 13= 16 为 5 000 N ，此外，r 分别为 11，12，14，15 mm 时的超 声辐射力幅值大体相当，其幅值均在 3 N 区间内．声压的变化也受到发射端尺寸的影响． 由图 3 可知，当变化变幅杆端部发射面的尺寸时，声压变化 趋势保持不变，但是不同尺寸下的声压幅值有所改 变． 在距离反射面 15 mm 的声场空间内，当 r = 10 000 ～ 4 000 j ωt( 2)ξ = ξm e式中: ξ 表示振动振幅; ξm 为振幅幅值; ω = 2πf 为声 波的角频率; j 为虚数单位; t 为时间．将振幅的简谐振动表达式对时间进行二次求 导，可得到加速度表达式为– ω2 ξ ej ωt= a e j ωt ( 3)a = m m mm 时，声压幅 值最小，约 为 6 Pa ，而 r 分别为 000 式中: a m 为加速度幅值．由于超声振动方向垂直于超声发射端面，加速 度幅值即为端面法线加速度．( 3) 声反射边界． 几何模型中的焊接工件、喷嘴 等均为金属材料，超声波在该面上进行反射，将其边 界条件设定为声反射条件的硬边界． 其控制方程为11，12，13，14，15 和 16 mm 时，声压幅值大体相当， 均在 13 000 ～ 16 000 Pa 区间内，并且这些数值没有 明显的变化规律．n[ 1( !p ) ] = 0( 4)ρ02 发射端参数对声场状态的影响2． 1 发射面半径对声场参数的影响超声波是由发射面发射出来的，发射面几何尺 寸的变化必然影响到发射超声波的有效面积，从而 影响超声波在电弧空间内的分布情况． 在有限元模 型中，确定发射端高度 H = 25． 5 mm ，超声波振幅为 30 μm ，在发射端半径 r 为 10 ～ 16 mm 的范围内变化 发射面的半径，考察声场参量随发射面半径的变化 情况，如图 2 所示．图 3 不同发射面半径声压随高度的变化Acoustic pressure varying with spatial height underdifferetn acoustic emission radiusFig. 3 2． 2 声场参数在不同空间高度的变化研究在距离反射面不同的空间高度处声场参数第 3 期王 斌，等: 超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析 51的变化规律，选择距离反射面的空间高度分别为 0， 1，2，3，4，5 和 6 mm 时声压与声辐射力的变化情况 如图 4 所示．的增大先减小后增大，约在 r = 13 mm 处减小到最小 值，其中 0 ～ 2 mm 电弧空间高度处的声压的数值在 r ＞ 14 mm 后还有小幅度的减小．U-TIG 电弧压力特性分析3 试验方法试验采用带压力传感器的连续测定法，电弧压 力测量试验采用通用的静态小孔法，对稳定燃烧的 直流 U-TIG 焊和普通 TIG 焊的电弧压力分布进行测 量，测量元件使用高分辨率的差压传感器，其动态响 3． 1 应速度快，量程为 0 ～ 2 000 使用采集器将传感 Pa ． 器输出的电流信号转变为电压信号并采集，每秒钟 能够采集 11 060 个点，最后通过电压信号和电弧压 力的对应关系转换为相应的电弧压力值． 测量原理 如图 5 所示．图 4 不同高度声学参数随发射端半径的分布Fig. 4 Distribution diagram of acoustic parameter at differ-ent acoustic emission radius under different spatial height图 5 U-TI G 焊复合电弧压力测量系统Fig. 5 Schematic of measuring system of U-TIG arc pres-sure从图 4a 上可以看出，沿纵轴方向，在 0 ～ 2 mm 的电弧空间高度中，声辐射力幅值为正值且随着空间高度的增大而增大，在 2 ～ 5 mm 电弧空间高度中， 声辐射力为正值且随着空间高度的增大而减小，但 是在 5 mm 左右的电弧空间高度处，声辐射力方向 在测量过程中，水冷铜块作阳极，引燃的电弧不至于熔化水冷铜块，以保证稳定的电弧长度，通过压 力测试孔处气体压力和标准大气压比较，实现电弧 空间压力的测量． 较大的压力测试孔径和较长的压 力软管都将会产生较大的点压力测量误差，系统中压 力测试孔孔径为 0． 7 mm ，软管长度为 10 cm 左右．由于每组试验后，都会在铜块表面形成一层很薄 的黑色氧化层，需要在下次试验前用水磨砂纸将铜块 表面的异物清理干净，以防止氧化物将细小的测压孔 堵塞使测量数据不准，保证各点导电性质相同． 由正值变为负值，接着电弧空间高度增大至 6 mm 时，声辐射力为负值且幅值增大． 沿横轴方向，随着 发射面半径的变化，声辐射力的变化也有简单的规 律可循． 反射面处的声辐射力始终为 0，0 ～ 5 mm 间 的电弧空间位置处，声辐射力先是随着 r 值的增大 而增大，在 r 值为 13 mm 时达到极大值，然后声辐射 力迅速减小至 14 mm 处，再接着随着 r 值的增大，声 辐射力略有增大或减小，而 6 mm 的电弧空间位置 处，声辐射力为负值且其幅值随着 r 值增大而增大．从图 4b 中可以看出，声压的变化趋势相对来说 比较明显． 纵向来看，随着电弧空间高度的增大，声 压的数值在 4 ～ 5 mm 高度处由负值变为正值，并且 其幅值先减小后增大; 横向来看，声压数值随着 r 值3． 2 电弧压力的试验分析试验旨在观察普通 TIG 焊接过程中，加入超声 能量场，电弧的行为特性，所有试验均是在普通 TIG 焊和 U-TIG 焊之间展开，以焊接电流为参数，观察焊 接电弧的收缩和能量的集中程度以及电弧下方的压 力分布及作用范围．焊 接 学 报 第 35 卷52从图 6 中可见，电弧压力都是呈中心对称分布， U-TIG 焊复合电弧压力的峰值明显高于普通 TIG 焊 电弧压力峰值，复合电弧能够提高焊接时熔池表面 上方的电弧压力水平，电弧压力的峰值大小从侧面 反映了电弧的集中程度和电弧的挺度，U-TIG 焊电 弧压力的峰值明显高出普通 TIG 焊，是因为电弧空 间内的超声振动导致粒子瞬时速度增加，改变电弧 空间内粒子导热性，电弧空间内散热增加［7］． 根据最小电压原理，电弧自动产生收缩以平衡产热与散热． 而普通 TIG 焊的电弧压力分布比较分散，U-TIG 焊有效的克服了 TIG 焊的这一点不足之处．中的波长基本相等，具有时谐场的特征，声场中每点位置的声压和振速都会在 1 s 内变换 20 000 次，变 化幅度由该点的空间高度决定． 随着空间高度位置 的变化，声辐射力的大小和方向的变化呈现出波动 变化的特点，并且声辐射力的分布为静态场，周期为 声波长的一半．( 2) 保持其它参数不变，单独改变发射面半径， 随着发射面半径的增大，声辐射力的变化情况并不 是单调递增或递减的，而是在发射面半径为 13 mm 处声辐射力幅值有最大值，是理想的发射面半径值．( 3) U-TIG 焊电弧压力峰值明显高于普通 TIG 焊，并且随着焊接电流的增加，U-TIG 焊与 TIG 焊电 弧压力峰值的差值下降．参考文献:［1］ 杨春利． 电弧焊基础［M ］． 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社，2003． 高志国，黄 坚，李亚玲，等． 激光-MIG 复合焊中激光与电弧 前后位置对焊缝成形的影响［J ］． 焊接学报，2008，29 ( 12 ) : 69－ 73．Gao Zhiguo ，Huang Jian ，Li Yaling ，et al ． Effect of relative posi- tion of laser beam and arc on formation of weld in laser-MIG hybrid welding ［J ］． Transactions of the China Welding Institution ，2008， 29( 12) : 69 － 73．Cui Y ，Xu C L ，Han Q ． Effect of ultrasonic vibration on unmixedzone formation ［J ］． Scripta Materialia ，2006，55 ( 11 ) : 975 － 978．饶德林，陈立功，倪纯珍，等． 超声冲击对焊接结构残余应力［2］ ［3］ ［4］ 图 6 不同电流对电弧压力的影响( 弧长 2 mm) Fig. 6 Influence of welding current on arc pressure的影响［J ］． 焊接学报，2005，26( 4) : 48 － 50，64．Ｒao Delin ，Chen Ligong ，Ni C hunzheng ，et al ． Effect of ultrasonic impact treatment on residual stress of welded structure ［J ］． Transac- tions of the China Welding Institution ，2005，26( 4) : 48 － 50，64．吴敏生，何龙标，李路明，等． 电弧超声焊接技术［J ］． 焊接学 报，2005，26( 6) : 40 － 44，53．Wu Minsheng ，He Longbiao ，Li Luming ，et al ． Study on arc-ultra- sonic welding technology ［J ］． Transactions of the China Welding Institution ，2005，26( 6) : 40 － 44，53．Ji Hongjun ，Li Mingyu ，Wang C hunqing ，et al ． Mechanical prop-erties and m icrostructures of hybrid ultrasonic resistance brazing ofWC-Co / BeCu ［J ］． Journal of Materials Processing Technology ， 2012，212( 9) : 1885 － 1891．王长松，张云鹏，张清东． 效应函数在冷轧机板形控制中的应随着焊接电流的增加，压力分布的径向距离逐渐向内扩展，电流增大，电磁收缩力和等离子流力均 增加，电弧挺度增强，电弧力增大，径向距离向内收 缩． 同时 U-TIG 焊复合电弧压力对 TIG 焊电弧压力 的峰值增量降低，两条曲线的峰值逐渐接近． 这是 因为 TIG 焊接中，随着电流的增加，弧柱中心区域温 度很高，电导率增大，使得弧柱中心区域电流密度高 于其外缘区域，TIG 焊的电弧压力峰值迅速增加，而 U-TIG 焊电弧压力由于气流量一定，等离子流力的 增加受到限制，故而两者峰值的差值变小．［5］ ［6］ ［7］ 用［J ］． 轧钢，1999( 4) : 28 － 30．Wang Changsong ，Zhang Yunpeng ，Zhang Qingdong ． Applicationof evaluation function in cold m ill shape control ［J ］． Steel Ｒolling ， 1999( 4) : 28 － 30．4 结 论( 1) 在模拟声场模式下，声场各参数以反射面 为起点，沿变幅杆轴线方向有着固定的空间分布形 式． 声压、振动速度的空间分布周期与声波在介质作者简介: 王 斌，男，1987 年出生，硕士． 主要从事复合电弧方面的研究工作． 发表论文 1 篇． Email: hgdwhbin@ 163． com通讯作者: 孙清洁，男，副教授． Email: qjsun@ hit ． edu ． cn2014，Vol．35，No．3TＲANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION ⅢAbstract: A coupled thermal-mechanical FE ( finite ele-ment) model of 7A52 aluminum alloy TANDEM welding and a simplified FE model for single-GCr15 shot impact simulation were developed separately． The element size of welded joint re-gion which was impacted by shots was amplified reasonably．Based on the premise，the numerical results would not be affect-ed by this simplification． The computational results of welding residual stress were obtained，and the influences of ball＇s dimen-sion and impact velocity on induced residual stresses were ana-lyzed subsequently． On the basis，the coupling computation of residual stress field in aluminum alloy welded joint and the shot peening treatment were performed by means of data transfer based on the standard and explicit solver of ABAQUS software．The computational results showed that the residual stresses on the surface and depth direction of welded joint were improved re-markably after shot peening．Key wor ds: aluminum alloy; welded joint; shot peening; finite element method; residual stress ball and Cu interface at 115 ℃were investigated． Meanwhile，the shear strength for BGA solder ball was studied and simulated by ANSYS 12． 0 finite element software with a non-linear finite element model under two different strain rates．The experimental results are as follows: with the increase of the aging time，the morphology of interfacial IMC changes from dendritic to continu-ous even lamellar，the thickness of interfacial IMC increases con-tinuously and the shear strength of solder ball gradually decrea-ses．Furthermore，the simulation results show that the larger strain rate will result in the higher shear strength，the higher Von Mises stress，the smaller plastic strain and the higher plastic strain energy density．Key wor ds: BGA package; shear strength; strain rate; finite element analysisAcoustic field modelin g of ultrasonic-ar c hybrid weldin g sy s-tem and analysis of ultrasonic-aided arc pressure WANG Bin1 ，SUN Qingjie1，2 ，C HENG Wenqian1 ，F ENG Jicai1( 1．S handong Provincial Laboratory of Special Welding Technology，Harbin Institute of Technology at Weihai，Weihai 264209，Chi-na; 2．State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China) ．pp 49－52Abstract: Acoustic field analysis of space wave propaga-tion used for ultrasonic-aided TIG welding was proposed and fi-nite element simulation analysis of sound field variation with a-coustic emission radius and that of the acoustics parameters vari-ation with arc length was employed with COMSOL． Besides，a new model was also established for ultrasound-aided TIG welding characteristics． Distribution of arc pressure for stable combustion DC U-TIG arc and that of conventional TIG arc under different welding parameters were measured experimentally by using a hole drilling method． The result reveals that arc peak pressure of DC U-TIG is significantly higher than that of conventional TIG，which illustrates that the effect of hybrid-arc can enhance the arc pressure above the surface of weld pool，but the D-value between them decreases with the welding current increases．Preliminary analysis suggests that when high welding current is employed，the high temperature and large current density in the central area of arc column greatly improve the arc peak pressure of conven-tional TIG． In contrast，the increase of arc peak pressure is re-duced with the increase of weld current because plasma flow force of welding arc is limited by gas-flow rates．Study on vacuum brazing of DD3 Ni-base superalloy and Ti3 AlC2 ceramic LIU Jiakun ，QI Junlei ，CAO Jian ，LIN Xingtao2 ，WANG Zhijie1 ，FENG Jicai3 ( 1．State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technolo-gy，Harbin 150001，China; 2．Zhejiang Provincial Special E-quipment Inspection and Ｒesearch Institure，Hangzhou 310020，China; 3．Shandong Provincial Key Laboratory of Special Weld-ing Technology， Harbin Institute of Technology at Weihai，Weihai 264209，China) ．pp 41 －441 1 1Abstract: By comparison，an appropriate brazing filler metal was selected and applied to the follow-on experiments．DD3 Ni-base superalloy and Ti3 AlC2 ceramic were successfully brazed in vacuum using Ag-Cu-Ti as filler metal in a temperature range of 800 ～900 ℃for 10 min．The interfacial microstructure of the brazed joints was investigated by adopting scanning elec-tron microscope，energy dispersive spectroscopy and X-ray dif- fraction． The result showed that the typical interfacial microstruc-ture of the joints can be described as DD3 / A lNi / A l3 ( Ni，Cu) 5 + Al( Ni，Cu) + Ag ss / ( Al，Ti) 3 ( Ni，Cu) 5 / A l4 Cu9 + AlNi2 Ti + Ag ss / TiAg / Ti3 AlC2 ．Through the mechanical properties test of the joints，a maximum shear strength value of 135． 9 MPa was obtained when the joint was brazed at 850 ℃for 10 min．The fracture occurred at the Ti3 AlC2 ceramic side adjacent to the brazed seam during the shear test．The interfacial microstructureof the joints was similar to each other，while the shear strength decreased when reduces or improves the brazing temperature．Key wor ds: superalloy; ceramic; brazing; interfacial mi-crostructure; shear strengthKey wor ds:arc pressureultrasonic hybrid; acoustic field modeling;Active brazin g of SiO2f / SiO2 composite and Invar alloy with Cu-25Sn-10Ti ZHANG Dalei1 ，QI Junlei1 ，ZHANG Lixia1 ，FENG Jicai2 ，LIANG Yingchun3 ( 1．State Key Laboratory of Ad-vanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China; 2．Shandong Provincial Key Laboratory of Special Welding Technology，Harbin Institute of Technology at Weihai，Weihai 264209，China; 3．School of Mechatronics En-gineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，Chi-na) ．pp 53 －56Abstract: The Invar alloy wa s brazed to SiO2f/ S iO2 com-Experimental an d sim ulation an aly sis on shear fract ure for BGA solder ball un der differ ent strain rates XUE Mingy- ang，WEI Guoqiang，JIN Liang，WANG Haiyan ( School of Me- chanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China) ．pp 45 －48Abstract: Influence of thermal aging time on the mor-phology and microstructure of the interfacial IMC for BGA( ball grid array) package between Sn-3．0Ag-0．5Cu lead-free solder。

超声无损检测技术在金属焊接中的应用一、引言金属焊接是工程中常见的一种加工工艺，通过将金属工件加热至熔化，然后冷却固化的方法来实现不同工件的连接。

由于焊接的特殊性，焊接后可能会出现各种缺陷，如气孔、裂纹、夹杂等。

这些缺陷如果不及时发现并处理，将会对工件的使用性能和安全性产生严重影响。

如何及时、准确地检测焊接中的缺陷成为了焊接行业中的一个重要问题。

二、超声无损检测技术的原理及特点1. 超声无损检测技术的原理超声无损检测技术是利用超声波在材料中传播的特性来检测材料内部的缺陷和异物。

其原理是利用超声波在材料中传播时的声阻抗突变，当超声波遇到材料内部的缺陷或异物时，会发生反射或折射，从而形成回波信号。

通过接收和处理这些回波信号，可以得到材料内部的缺陷信息，实现对材料内部的无损检测。

2. 超声无损检测技术的特点超声无损检测技术具有以下几个主要特点：- 高灵敏度：能够检测微小的缺陷和异物；- 高分辨率：能够分辨出不同深度和大小的缺陷；- 实时性：可以实现实时检测和成像；- 非破坏性：对被测材料没有损伤；- 精度高：能够准确测量缺陷的大小和位置。

1. 超声无损检测技术在焊缝检测中的应用焊接过程中，往往会出现焊缝中的气孔、裂纹等缺陷，这些缺陷会严重影响焊接接头的强度和密封性。

采用超声无损检测技术可以有效地检测焊缝中的缺陷，对焊接质量进行实时监控和控制。

通过超声波的传播和回波信号的接收，可以清晰地获取焊缝中的缺陷信息，包括缺陷的大小、形状、位置等，为焊接工艺的优化和控制提供可靠的依据。

2. 超声无损检测技术在焊接接头强度评定中的应用焊接接头的强度是影响焊接质量的一个重要因素。

超声无损检测技术可以通过对焊接接头的超声波传播速度、回波信号强度等参数进行测量和分析，来评定焊接接头的强度和抗压性能。

这可以帮助工程师们更准确地评定焊接接头的质量，为其后续使用提供安全保障。

3. 超声无损检测技术在焊接工艺控制中的应用采用超声无损检测技术可以对焊接工艺进行实时监控和控制。

钨极氩弧焊实验一、实验目的⑴熟悉交、直流两用钨极氩弧焊机结构、电气原理、操作方法及工艺要点。

⑵了解直流分量对焊接设备、焊接电流和电弧电压波形及阴极雾化作用的影响。

⑶钨极氩弧焊使用直流电源时，观察电源极性不同情况下阴极雾化的现象，焊炬的载流能力和钨极烧损的大小。

二、实验原理⑴直流分量的产生及其危害交流钨极氩弧焊通常用的是50Hz的工频交流电，电源电压每秒钟有100次经过零点，100次改变方向。

因此，电极和母材的极性是在连续交替的变化过程中。

在交流电弧的情况下，由于电极和母材的电、热物理性能以及几何尺寸等方面存在着差异，造成在交流电两半周中的弧柱电导率、电场强度和电弧电压不对称，使电弧电流也不对称。

在钨极是阴极的半周，因钨极能被加热到较高的温度，使其逸出功较低，有较强的是电子发射能力，则负半波（即钨极为负的半波）时的再引燃电压和电弧电压都较低，通电时间相对较长，电流值也较大。

而正半波时（即钨极为正的半波），母材（如铝）为负极。

由于铝板不能被加热到较高的温度，故发射电子能力很弱，再引燃电压和电弧电压都较高，通电时间也相对较短且电流较小。

这样在钨极为负的半波回路电流大，铝板为负的半波电流小，I成份。

形成电弧的整流作用，在回路中有直流分量DC不难理解，如果母材与电极的电、热物理性质相差越大（如钨和铝），则直流分量越大。

反之，母材与电极的电、热物理性质相差不大，两者散热能力的差异只是由于几何尺寸不同所引起的，则上述不对称情况就不显著，直流分量就小。

直流分量的方向与钨极为阴极的半周内的电流方向相同，由母材流向钨极，相当于在焊接回路中存在着一个正极性直流电源。

直流分量的存在，一方面减弱了阴极破碎作用，另一方面在焊接变压器的铁芯中相应地产生了一部分直流磁通。

这部分直流磁通叠加在原来的交流磁通上，使铁芯在一个方向上可能达到磁饱和状态，从而导致变压器的激磁电流大大增加。

这一方面使变压器的铁损和铜损增加，效率降低，温升提高；另一方面还会使焊接电流的波形严重畸变，降低功率因数。