王莉
甘肃建筑职业技术学院 甘肃省兰州市 730050?
摘要：与熔化焊和钎焊相比，电磁脉冲焊接过程时间非常短，且被焊金属通常不熔化，减少甚至抑制了金属间化合物的生成，更好地保证了焊接接头的质量；而与机械连接相比，电磁脉冲焊接更加牢固、稳定和可靠，并且气密性好。
关键词：电磁脉冲焊接技术；研究现状；发展趋势
引言
由于电磁脉冲焊接技术的诸多优势，其被广泛应用于轨道交通、能源化工、汽车船舶、航空航天和电子元件等领域的异种金属连接，尤其适用于物理性能相差较大的异种材料连接，并且主要以薄板搭接和管/棒套接为主。
1电磁脉冲焊接技术具有以下几个方面的特点
①属于固态焊接，不需要加热和冷却，一次成形；②常用于性能相近或不相似异种金属连接，特别适用于晶体结构和性能差别很大的金属连接；③焊接速度快，电容器组充电只需十几秒，焊接过程约在30～100μs之内完成，生产效率高；④焊接接头牢固、稳定和可靠，并且电磁脉冲焊接过程易实现自动化；⑤焊接过程没有热、辐射、烟尘和废气等污染，绿色环保。
2电磁脉冲焊接技术研究现状及发展趋势
2.1脉冲微束等离子弧焊参数对丝网焊点组织与性能的影响
丝网特殊的网状结构使其焊接工艺具有异于普通超薄板焊接的特定难点。其焊接接头中常出现未熔合、夹杂等焊接缺陷。被焊丝线在焊接方向上分布不连续，金属丝熔化后形成的熔池金属难以充满相邻丝线之间的间隙，接头处形成的是不连续的焊点。微束等离子弧焊具有电弧拘束度高、能量高度集中、小电流电弧稳定、焊接效率高和成品率高等优点，在超细丝网焊接中具有较大的优势。不同于薄板焊接，在基值电流和占空比不变的条件下，脉冲微束等离子弧焊焊接超细丝网随着脉冲频率的逐渐增加会出现“多脉一丝”的情况。在这种情况下，每个连续焊缝上的不连续焊点都经过多个脉冲周期电流的冲击与快速加热快速冷却的过程，从而使其显微组织出现不同的变化。脉冲频率f＞v/b。(1)式中:f为脉冲频率，v为焊接速度，b为丝网相邻两丝线之间的间距。当焊接电流为直流时，焊点晶粒尺寸较大;加入脉冲电流后，当脉冲频率为较低的25Hz时，焊点开始由较粗大的晶粒向细小的晶粒转变。当脉冲频率逐渐增大到100Hz，焊点组织以细小等轴晶为主，并伴有大量蠕虫状δ-Fe析出，且与等轴晶交替均匀分布。当脉冲频率继续增大到200Hz时，焊点中等轴晶陆续减少，骨骼状晶数量明显增多。由电磁场理论可知，当脉冲频率逐渐增加时，焊接熔池内部会产生高频脉动电磁场，熔池内部液态金属粒子在高频脉动电磁力反复冲击下呈现复杂的循环和涡旋运动。一方面高频脉动电磁力会引起熔池振荡，可有效破碎焊点中的粗大晶粒组织，在抑制晶粒长大的同时使破碎的晶粒成为新晶粒的形核中心;另一方面在涡旋运动作用下，未熔的粒子被带入焊点中心，成为高效的异质形核质点，进而增加焊点中心的非均匀形核数量。从金属结晶热力学角度分析可知，熔池内的液态金属的规律性流动使液态金属温度呈均匀分布，这使得熔池金属的固液相界面前沿的液相温度梯度降低，进而增大成分过冷范围，促进焊点中心细小等轴晶的形成，最终明显细化焊点的晶粒组织。
2.2CMT+P模式下对接焊缝工艺评定综合试验研究
为了获得较好的焊缝成型，弧长修正选在正区间较好，这时由于弧长较长，为了增加电弧挺度，脉冲修正选在负区间较好。
综合试验研究结果，当弧长修正设为20%，脉冲修正设为-2%时焊缝成型非常美观均匀，焊脚达到设计要求。同时将接头剖开金相观察可见根部熔合，无气孔、裂纹等缺陷。
2.3占空比对焊点显微硬度的影响
随着占空比的增大，焊点处的显微硬度先增大后减小。在占空比为50%时硬度最大为HV252．4。这是因为在占空比为30%时，峰值电流远高于平均电流，在脉冲频率不变时，峰值电流的大小在焊接过程中起主导作用，这增大了焊点处的热积累，不利于晶粒组织的细化，因此焊点处显微硬度与抗拉强度较低。随着占空比的增大，峰值电流值减小，在50%占空比时峰值电流值与作用时间达到平衡，此时的焊点显微组织细小均匀，焊点显微硬度与抗拉强度明显增大。在占空比为70%时，此时峰值电流值已减小至接近平均电流，而作用时间的增大不会明显增大焊点处的热输入，因此其显微硬度和抗拉强度与占空比为50%时相比略小并没有明显变化。
2.4单脉冲锁孔
单脉冲锁孔TIG焊的主要特点是利用脉冲式热输入的方式进行焊接，在电流脉冲峰值阶段，将大量热量传递至母材，形成熔池，在电流脉冲基值阶段，电弧维持燃烧，热量大幅度减少，熔池开始凝固收缩，当下一个脉冲到来时，在未能完全凝固的熔池上再形成新的熔池，如此反复，就能得到一条完整的焊缝。为提升锁孔TIG焊接品质，获得适用于锁孔TIG焊的脉冲波形，国内外均有学者探究脉冲参数对锁孔TIG焊电弧等离子体物理特性带来的影响，并在此基础上针对锁孔TIG焊接特征，探究脉冲焊接电流Iw对锁孔TIG焊电弧特性及小孔熔池行为、焊缝成形及焊接接头组织性能的影响规律及作用机理。为研究脉冲锁孔TIG焊中的小孔行为，CUIShuang-lin在4mm厚的304不锈钢上进行了单脉冲锁孔TIG焊实验，在脉冲峰值电流为350A，基值电流为60A，峰值时间为500ms，基值时间小于200ms的参数下实现了“一脉一孔”锁孔TIG焊接工艺，焊接过程稳定，避免了烧穿，在较低的平均焊接电流下，获得了稳定的焊接工艺和合格的焊缝。LIUZu-ming通过实时调节焊接电流或焊接速度来改变动态小孔行为，结果表明，小孔出口位置和尺寸参数均随焊接速度的变化而变化，并且当焊接电流突然增大或减小时，小孔出口尺寸参数的变化要比位置参数的变化快得多。进一步分析表明，小孔的尺寸参数是由电弧力场决定，小孔位置参数是由小孔前壁熔化行为决定，由于电弧力场的运动速度快于热场，因此小孔出口尺寸参数的响应灵敏度较高。单脉冲锁孔TIG焊按照频率高低可分为低频脉冲焊与高频脉冲焊。脉冲焊的电流频率超过10kHz后，电弧具有强烈的电磁收缩效果，可减小电弧截面积，进而减小熔池体积，同时增大电弧力，更易形成小孔，减少大电流持续时间，减少工件的热输入量；并且，高频周期性变化的电弧压力对熔池的搅拌作用能够破碎枝晶，促进焊接接头的晶粒细化，因此可通过优化锁孔TIG焊接波形来改善焊接过程，提升焊接质量。由于单脉冲锁孔TIG焊和恒流锁孔TIG焊的小孔熔池行为与焊缝成形机理不同，单脉冲锁孔TIG焊的难点在于小孔熔池的动态平衡，因此，许多学者做了大量研究工作，揭示了动态焊接电流引起小孔熔池的动态变化，为设计脉冲焊接电流波形，提高锁孔TIG焊缝晶粒质量奠定基础。
结语
总之，电磁脉冲焊接技术作为一种新型的焊接方法，在国内外研究中逐渐受到重视，已经成为焊接领域中一个研究的热点。电磁脉冲焊接在连接导电性较好的异种金属时，无论是接头性能还是生产效率都表现出了独特的优势。但目前电磁脉冲焊接技术在基础理论、结合机制、设备研发和标准制订等方面还有待进一步的提高。
参考文献
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