柔软超薄细微束等离子弧焊高频电弧的热能瞬态惯性和热输入效应

For the tough defect problems of easy to be over penetrated and easy to deform in welding soft ultra-thin fine precision structure by fine micro-plasma arc welding, the projective of this research is to get quality uniformity of weld formation without defections of over penetration and deformation when there are unavoidable random out-of-flatness, rag, and zigzag locations along long joint going to be welded. In order to reveal intrinsic relationships between micro particles transient behavior and macro transient physical process in microplasma welding arc under high-frequency pulsed mode, a coupling model will be studied between transient energy equilibrium relations with movement and collision of microscopic particle in the arc of microplasma arc welding with high frequency pulsed current. Based the calculation of the model about the coupling between nonsynchronous inertia of high-frequency arc transient thermal energy distribution and nonsynchronous inertia of high-frequency arc transient geometry, the mechanism of heat input variation and exact location control with actual arc transient thermal energy and quality uniformity of weld formation for random out-of-flatness, rag, and zigzag locations along long joint of soft ultra-thin fine precision structures will be studied further. This high-quality and ultra-precision welding processing for long joint of soft ultra-thin fine precision structures will provide a strong theoretical foundation for the high-tech fields of modern industry and defense technology, precision preparation of new materials and materials modification applications.

针对柔软超薄细精密结构件精细微束等离子弧焊接成形易烧穿易变形等的科学难点，以保证超薄细精密结构件在不可避免地具有不规则不平整、毛刺、弯曲等位置长焊缝下的无变形及烧穿等缺陷的焊接成形质量一致性为目标，提出了高频脉冲电流模式下，微束等离子弧焊电弧的能量瞬态平衡关系与基于微观粒子运动和碰撞的微观过程的耦合模型研究，力图揭示高频脉冲下微束等离子焊接电弧的微观粒子瞬态行为与宏观物理瞬态过程之间的内在联系；在此基础上，基于模型计算，研究高频电弧瞬态热能分布的非同步惯性与高频电弧瞬态形态的非同步惯性之间的耦合，以研究柔软超薄细精密结构件长焊缝不规则不平整、毛刺、弯曲等位置的实际瞬时电弧热能热输入变化、准确作用点控制机理、以及焊接成形质量一致性，以高质量的柔软超薄细精密结构件长焊缝的精密焊接加工，为现代工业和国防科技的高技术新材料精密制备和材料改性应用提供有力的理论基础。

本研究针对柔软超薄细精密结构件精细微束等离子弧焊接成形易烧穿易变形等的科学难点，以保证超薄细精密结构件在不可避免地具有不平整、毛刺、弯曲等位置下的无变形及烧穿等缺陷的焊接成形质量一致性为目标，对提出的高频脉冲电流的微束等离子弧焊电弧的能量瞬态平衡与基于微观粒子运动及碰撞的微观过程的耦合模型和微观粒子瞬态行为与宏观物理瞬态过程之间的内在关系的研究，来探讨高频电弧瞬态热能分布的非同步惯性与高频电弧瞬态形态的非同步惯性耦合下的柔软超薄细精密结构件准确作用点的实际瞬时电弧热能热输入控制机理和焊接成形质量一致性，协同研究柔软超薄细精密结构件高频微束等离子弧焊的电弧等离子体中微观粒子运动和碰撞动态过程、电弧宏观热能分布和形态瞬态过程、以及焊接成形缺陷的交叉学科关键技术问题。.重点研究了高频脉冲微束等离子弧焊混合电弧的能量瞬态平衡与基于微观粒子运动及碰撞的微观过程的耦合模型和微观粒子瞬态行为与宏观物理瞬态过程之间的内在关系、基于时频域惯性度的脉冲微束等离子弧焊混合电弧的多信息瞬态变化的非同步惯性实质及其与超薄板焊接缺陷抑制的内在关系、柔软超精细脉冲微束等离子弧焊的瞬时热输入变化及焊接成形机制和母材熔化特征与焊缝微观组织演变的内在关系的瞬时热输入控制的成形质量一致性、三维立体的编织状丝网结构几何模型突破的不同热输入控制的柔软超细丝网脉冲微束等离子弧焊的焊点成形质量一致性模型理论和工艺、基于温度和微观粒子运动速度数值模拟和熔池视觉传感检测的超薄板微束等离子弧焊熔池的“微观”固有振荡和诱发振荡瞬时特征及其对超薄精密结构件焊接成形质量一致性的影响机制和对精细焊接烧穿与变形敏感度的降低作用。实现了100μm超薄不锈钢板、100μm柔软超薄718高温合金、350μm和柔软超细不锈钢丝网、250μm柔软超细Ti丝网的无缺陷高效节能连续精密焊接，为现代工业和国防科技的高技术新材料精密连接奠定了全面的理论和工艺研究基础。