Metal transfer and arc behaviour of novel consumable and non-consumable electrode indirect arc droplet welding

Abstract

The consumable and non-consumable electrode indirect arc droplet welding is a novel method that applies an indirect arc generated between a consumable electrode and a non-consumable electrode to welding. It was successfully used to overlap join the thin zinc coated steel plate. In the point to point (consumable electrode and non-consumable electrode) configuration, the stable metal transfer was obtained. The globular, projected spray and streaming spray transfer modes were promoted. With the increase in welding power, the metal transfer became faster and more stable. At the same time, the indirect arc became brighter, smaller and more stable. The arc self-regulation guaranteed the stable burning of the indirect arc. The desire stability was observed from the fluctuation of the welding current and the arc voltage waveforms. The side concentrated melting on the root of the droplet produced high pinch effect, which facilitated the detachment of the droplet.     

Numerical analysis of heat transfer process for double sided tungsten inert gas – metal inert gas weld pool

Abstract

Double sided arc welding is a new type of technology developed in recent years. Many experiments show that this technology has great advantages over single arc welding for the joining of intermediate thickness stainless steel and aluminium alloy base metals. In the present work, a three-dimensional transient numerical model is created to reveal the heat transfer process for a double sided tungsten inert gas (TIG) - metal inert gas (MIG) weld pool from the viewpoint of heat transfer literature and hydrodynamics. Considering of the features of the model, effective calculation software using finite element technology is adopted. The temperature fields in the weld pool for double sided TIG - MIG welding are successfully calculated; in addition, the configuration of the weld pool is also calculated.Comparisons show that thecalculatedresults agree approximately with the experimentally measured results. STWJ/310     

TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析

采用TIG-MIG复合焊电弧改善传统单一TIG及MIG焊的不足.基于PID闭环控制,实现恒流恒压外特性输出,从而实现TIG-MIG电弧复合.研究了复合电弧的电弧特性、熔滴过渡形式及不同极性接法对焊缝的影响.结果表明,TIG焊电弧对MIG焊电弧具有良好的维弧作用.TIG-MIG焊电弧复合熔滴过渡过程,TIG焊电弧稳定燃烧,为了保持最小的能量消耗而作用于熔滴上,对熔滴具有加热作用.直流反接具有良好的阴极雾化清理作用.TIG-MIG焊电弧复合能够有效降低焊接飞溅,促进焊缝铺展及成形,实现高效化、优质化的焊接.     

奥氏体不锈钢焊缝金属的电化学腐蚀性能

采用PASTAT30型恒电位仪测试了SUS 316奥氏体不锈钢钨极氩弧焊TIG,熔化极氩弧焊MIG和钨极氩弧焊加填丝TIG M焊缝金属的电化学腐蚀性能.结果表明,在质量分数9.8%H2SO4溶液中,母材及焊缝的抗电化学腐蚀能力由大到小的顺序为母材＞TIG M焊缝＞MIG焊缝＞TIG焊缝,在质量分数5.0%HCl溶液中为母材＞MIG焊缝＞TIG M焊缝＞TIG焊缝,由此可知TIG焊缝金属的抗腐蚀能力最弱.由Tafel曲线可知,SUS316奥氏体不锈钢在H2SO4溶液中的钝化区间较长,在HCl溶液中的钝化区间很短暂,所以不锈钢在盐酸溶液比硫酸溶液中抗腐蚀性能差.晶间腐蚀试验结果与9.8%H2SO4溶液中电化学腐蚀试验结果相同.     

耦合电弧钨极TIG焊电弧压力的测量与分析

开发了一种耦合电弧钨极,可显著降低电弧压力,消除咬边和驼峰焊道等缺陷,实现较高速度的TIG焊接.针对这种钨极进行了TIG电弧压力测量,研究了主要工艺参数对电弧压力分布的影响规律.结果表明,与传统TIG电弧相比,在相同参数下耦合电弧钨极TIG电弧压力峰值明显降低,并且随着弧长的增加、钨极伸出长度的增加、焊接电流的减小、电极槽宽的增大以及钨极直径的增大,耦合电弧钨极TIG焊的电弧压力峰值减小.对电弧压力的影响由大到小依次为焊接电流、钨极伸出长度、弧长和钨极直径、电极槽宽.     

用于焊接机器人的TOPTIG工艺

TOPTIG是一种新的机器人焊接工艺,该工艺结合了TIG焊（焊接质量）和MIG焊（生产效率）的优点,其关键部件是一把独创设计的焊枪,填充焊丝穿过喷嘴与电机尖角平行。这种结构有一个重要的优点：减小了焊枪的总体尺寸,加强了机器人焊接时对于复杂焊接结构的可达性,无需借助机器人的第六轴改变焊枪及送丝的朝向。与该焊枪相关联的几个技术特征有：自动更换钨电极,双汽流喷嘴和推拉丝送丝机构。该焊接工艺已经在汽车制造工业中得到实际应用,如使用CuSi3焊丝无飞溅焊接镀锌板;食品工业,金属装饰品或化工产品的其他应用,如焊接不锈钢或铝合金。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

焊接工艺对2205双相不锈钢焊接接头组织与性能的影响

采用等离子弧焊打底,分别用钨极氩弧焊盖面和熔化极氩弧焊盖面两种焊接工艺对2205双相不锈钢进行焊接,并对焊接接头进行了固溶处理。对采用两种焊接工艺的焊件的铁素体-奥氏体两相比例以及抗点腐蚀性能进行了分析和检测。结果表明,两种焊接工艺都可以满足焊接接头的各项性能技术要求,钨极氩弧焊焊盖面的焊接接头铁素体含量低于熔化极氩弧焊焊盖面,且冲击韧性也优于熔化极氩弧焊焊盖面,而熔化极氩弧焊焊盖面的焊接接头的抗点腐蚀性能优于钨极氩弧焊焊盖面。     

双钨极氩弧焊耦合电弧压力分析

双钨极氩弧焊(twin-electrode TIG, T-TIG)的耦合电弧是由设置在同一个焊枪中的两个相互绝缘的钨极各自产生的电弧耦合而成的.这个耦合电弧在物理特性上不同于传统单钨极TIG电弧.以试验为基础,分析了耦合电弧的电弧压力特性,并对比单钨极电弧就焊接电流、电弧弧长、钨极间距和钨极形状对耦合电弧压力分布的影响进行了研究.     

T91钢管TLP与TIG+MIG焊接接头组织与性能

分别采用瞬时液相扩散焊(TLP)和TIG+MIG对T91钢管进行焊接,通过对比试验,分析了TLP和TIG+MIG焊接接头在力学性能和显微组织上的差异.结果表明:采用TLP焊接T91钢管时,接头抗拉强度和抗弯强度均强于TIG+MIG焊接;接头组织更加均匀细小,与母材接近.得出更低的焊接温度、更短的高温停留时间、合金元素均匀扩散和等温凝同使得TLP焊接接头性能优于TIG+MIG焊接接头.     

A study on twin-tungsten TIG welding method

A new twin-tungsten TIG （T-TIG） welding method was studied. This method differs from the conventional TIG method, it places two electrodes insulated from each other in the same welding torch, and a coupling arc is generated from the two electrodes. The coupling arc pressure was measured and preliminary welding experiment was made. The results show that the coupling arc can keep arc pressure at a low level compared with conventional TIG arc, and welding can be achieved under higher current and high travel speed with sound appearance of weld. Therefore, this new method can applied widely in high effwiency welding.     

基于示踪粒子的摆动TIG填丝焊熔池行为数值分析

为了使TIG焊熔池液态金属分布更加均匀,在普通TIG填丝焊的基础上,研究焊枪摆动对熔池行为的影响.建立了焊枪摆动的TIG填丝焊的数学模型,并利用示踪粒子的方法,对比普通TIG填丝焊和摆动TIG填丝焊的熔池温度场、流场及熔滴质量分布.结果表明,普通TIG填丝焊与摆动TIG填丝焊熔池轮廓基本一样,但摆动TIG焊通过摆动电弧,导致熔池内流场行为发生了改变,进而影响了温度场的分布,使熔池内温度分布更加均匀;示踪粒子分布表明,在TIG填丝焊中,摆动TIG填丝焊能够使熔滴金属更加均匀的分布在熔池中.     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

GPCA-TIG焊水冷焊枪设计及改进

为了充分发挥活性焊的优点,通过改变活性元素的引入方式,提出了一种新的活性焊接方法——气体熔池耦合活性TIG焊(Gas Pool Coupled Activating Welding,简称GPCA-TIG焊),该方法采用内外两个喷嘴将含有活性元素O的气体与惰性保护气体分开,达到增加焊缝熔深和减少钨极烧损的目的。针对GPCA-TIG焊接方法设计并研制了一把GPCA-TIG焊水冷焊枪,通过实际焊接效果发现,该焊枪能满足GPCA-TIG焊接方法所需要求,所得到的焊缝质量良好,进一步优化了焊枪装置,使得焊枪结构更紧凑,使用更加方便。     

几何约束下TIG焊焊枪姿态研究

火箭发动机关键部件自动TIG焊中，因一些焊缝周围有特殊结构，为避免相碰，只能使焊枪偏转一个角度进行焊接，且此焊枪姿态与表征电弧电压的弧长和钨极伸出长度等有一定的关系，为了易于离线编程，必须对焊枪姿态进行深入分析。以火箭发动机典型的几何约束焊缝为例，提出了通用的求解思路。实际应用表明，此方法结果正确，可应用到各种几何约束焊缝的焊枪姿态分析中。     

TIG-MIG间接电弧焊工艺

经过对传统的TIG焊接系统进行改造,使电弧在钨极和焊丝之间产生并稳定燃烧,建立了TIG-MIG间接电弧焊系统.以30CrMnSi为母材,CuSi3为焊丝,进行了TIG-MIG间接电弧堆焊试验.通过改变焊接工艺参数,分析了焊接电流和送丝速度对焊接稳定性的影响,分析了钎剂、焊接电流、焊接速度、焊枪距工件表面高度对接头成形的影响.结果表明,TIG-MIG间接电弧焊工艺可以在明显提高焊丝熔覆率的同时降低工件的热输入,减小熔覆合金与工件的互溶,抑制有害的泛铁现象,拓展了电弧焊的应用.     

等离子-MIG焊接设备的设计与研制

采用双电源供电和双电弧共枪体等技术，成功地完成了等离子-MIG焊接设备的研制。在设计中还采用了焊接参数专家库管理和等离子枪体计算机辅助优化设计等技术，并将该焊接方法应用于三峡电站大型开关断路器的制造过程。     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.