超声电弧激励电流对MGH956合金TIG焊缝气孔和拉伸性能的影响

　　0 序言

　　MGH956合金是采用机械合金化方法制造的氧化物弥散强化(oxide dispersion strengthened，ODS)高温合金，具有高温力学性能、高温抗氧化和抗腐蚀性能好的综合优势，在航空、航天和核能领域得到广泛的应用[1].MGH956合金采用粉末冶金方法制取，材料受到烧结和压制条件的限制，不可能达到熔炼材料一样的致密性，材料中气体含量较高. 在熔焊过程中，除了弥散相的数量、尺寸、分布都会发生变化外，焊缝中还会产生大量气孔，降低焊缝质量和接头性能，因此解决MGH956合金熔焊焊缝中的气孔问题是提高焊缝质量的关键之一.功率超声在金属凝固过程中有良好的除气效果[2-4]，但传统功率超声在焊接中的机械耦合方式存在许多缺陷，在焊接过程中难以实现[5]. 超声电弧技术的发展解决了这一难题，它将高频激励电流与焊接电流进行耦合，对焊接电弧实施高频调制，使其激发出超声波并直接作用于熔池.

　　目前国内对MGH956合金熔焊气孔问题的研究仅在影响因素方面进行了简单的分析[6]，没有提出具体的解决方案. 文中采用超声电弧TIG焊对MGH956合金进行平板对焊，重点研究了激励电流对焊缝中气孔和接头力学性能的影响规律，为ODS合金的熔化焊接提出了新的研究思路.

　　1 试验方法

　　1.1 超声电弧试验系统

　　文中所用超声电弧试验系统由超声频激励电源和TIG焊接电源组成. 超声电源的激励电流和激励频率均可调，激励电流调节范围为0～30A，激励频率调节范围为28～80kHz. 超声频激励电源和TIG电源通过自行研制的隔离耦合装置连接，试验系统如图1所示.

　　1.2 试验材料及过程

　　试验所使用的MGH956合金化学成分如表1所示. 采用线切割方法将MGH956合金加工成70mm×35mm×1.3mm的板材，焊接前将试件用150号的SiC砂纸打磨去氧化皮，并用丙酮洗净. 试验中使用的焊机型号为MW3000逆变全数字化钨极氩弧焊机. 钨极直径为2.4mm，保护气为纯度约为99.9%的氩气，气体流量为8L/min，焊接电流72A，电弧电压12V，焊接速度为120mm/min. 焊接时待电弧稳定后再打开超声频激励源，选取超声激励频率为30kHz，激励电流分别为0，5，10，20和30A.

　　焊后用光学显微镜和扫描电镜(SEM)对焊缝气孔分布与特点进行观察，并用能谱分析(EDS)对颗粒成分进行鉴定. 拉伸试验在Instron电子万能试验机上进行，拉伸速度为1mm/min.

　　2 试验结果及分析

　　2.1 未施加超声电弧焊缝中气孔分布与特点

　　2.1.1 焊缝气孔分布

　　图2为未施加超声电弧MGH956合金的焊缝气孔分布图，由图2可知: 焊缝与母材间的界限非常明显，焊缝布满大量气孔，气孔尺寸大多为几微米到几十微米，最大可达200～300μm，并且越接近焊缝表面气孔尺寸越大. 焊缝中气孔分布并不均匀，上部气孔较多，下部气孔较少，主要是由于焊缝底部小气孔聚集、长大，并上浮所引起的.