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本文结合常规水下湿法焊接与超声复合焊接的相关特点,提出超声辅助水下湿法焊接(U-FCAW)方法。通过在水下湿法焊接过程中施加超声,改善焊接过程电弧稳定性,细化焊缝组织,提高焊缝力学性能。首先通过模拟与实验探讨了超声辅助水下湿法焊接电弧气囊稳定性,进而研究了超声辅助水下湿法焊接电弧稳定性,最后分析了超声作用对焊接接头微观组织及力学性能的影响。首先建立了平面声场模型,计算了不同辐射端高度下焊接空间声场分布,分析了超声辐射力的变化。在近焊接工件表面处超声辐射力方向向上,当辐射端高度达到谐振条件时,声压幅值达到峰值。电弧气囊改变了焊接空间超声声场分布,在电弧气囊上方产生一个方向向下的超声辐射力,电弧气囊内不受超声辐射力作用。采用声压测量装置对超声声场分布进行测量,测量结果与模拟结果吻合。对电弧气囊进行受力分析,超声在水下湿法焊接中产生了一个额外作用力即超声辐射力,降低电弧气囊的上浮速率。接着研究了超声辅助水下湿法焊接的电弧稳定性。结果表明超声辅助水下湿法焊接U-I图存在熄弧区、稳定燃弧区和短路过渡区;随着焊接电压的增加,熄弧时间和短路过渡时间减小,电压电流变异系数减小;当焊接电压大于34V时,焊接过程几乎不发生熄弧和短路过渡过程,焊接过程为稳定的燃弧焊接过程。超声作用可减小短路过渡频率,提高焊接电弧稳定性。对熔滴受力分析表明超声作用没有改变熔滴的受力种类而改变了受力大小,超声作用使表面张力减小,熔滴过渡更容易,因此短路过渡次数及时间减少。此外,超声作用改变了电弧气囊的受力情况,在电弧气囊上方产生了方向向下的超声辐射力,降低电弧气泡上浮速率,减弱气泡破裂、短路过渡过程对湿法焊接过程电弧的不利干扰,提高了焊接电弧的稳定性。最后分析了超声作用对焊接接头组织及力学性能的影响。与FCAW焊接相比,U-FCAW焊接焊缝中心微观组织马氏体和上贝氏体含量减少,针状铁素体和下贝氏体含量增加;焊缝接头拉伸件断裂位置由焊缝热影响区转变为母材,上层拉伸件和下层拉伸件的抗拉强度由338MPa和267Mpa提高到495MPa和395MPa;弯曲试验试样最大弯曲角度由22°增大到84°。在FCAW焊接中施加超声可细化焊缝微观组织,提高焊缝力学性能。