带极堆焊中的电弧磁控技术研究进展

带极堆焊包括埋弧焊和电渣焊两种焊接形式,已为广泛应用于改善设备的的耐腐蚀、耐磨蚀性能。为了提高生产效率,往往需要采用较大的焊接电流或较宽的带极。然而,这极易导致电弧偏吹、熔深加大及焊道成形不良等缺陷。国内外对带极堆焊中磁控技术的研究发现,利用外加磁场可以有效地减小熔深、改善焊道成形。分别对带极埋弧堆焊和电渣堆焊两种情况下外磁场对焊接质量的不同影响进行了讨论。并指出,带极埋弧堆焊时施加振荡磁场,通过电磁搅拌作用可以有效地减小焊缝金属的稀释率及腐蚀速率,并且这种磁控电弧在保证一定稀释率的前提下允许采用更大的焊接电流,以提高生产效率,且不影响焊接质量。在带极电渣堆焊时,则可利用外加磁场来改变熔池上的磁场分布和熔渣、熔池金属的流向,从而有效地抑制了堆焊中的咬边及焊道成形缺陷。     

磁极位置和磁控电流对带极堆焊焊缝的影响

利用新研制的微机控制带极堆焊设备，在满足工艺要求的焊接电流、电压和焊接速度等参数下，研究了磁极位置和磁控电流对７５ｍｍ宽带极电渣堆焊和高速带极堆焊焊缝成型的影响规律。研究结果表明：磁极位置和磁控电流大小对焊缝成型有较大的影响，只有在合适的磁极位置和磁控电流控制下，才能够消除两种堆焊工艺焊道的咬边，获得良好的焊缝成型。     

75mm宽带极电渣堆焊工艺研究

利用微机控制的带极堆焊设备，进行了７５ｍｍ×０．４ｍｍ宽带极电渣堆焊（ＥＳＷ）工艺及焊道质量控制的研究。找到了影响焊道几何形状和稀释率的因素及其影响规律，得到了最佳工艺规范参数。利用这一最佳工艺规范参数进行了堆焊，并对焊道性能进行了测试，结果表明焊道性能满足ＥＳＷ法的要求，能够获得优质堆焊焊道。     

外加磁场对TIG焊电弧行为及焊缝成形的影响

为提高钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧能量，实现高效焊接，通过在TIG焊焊枪上分别外加直流、交变纵向磁场，采用高速摄像对不同磁场频率下的电弧形态进行拍摄，研究分析了外加不同形式和频率的磁场对TIG焊电弧行为及焊缝成形的影响规律。结果表明：不加磁场时电弧稳定燃烧且形态呈圆锥形；外加直流纵向磁场时，电弧高速旋转且电弧上方收缩，下方略微扩张；外加不同频率的交变纵向磁场时，随着磁场频率的增大，电弧挺度增加，电弧形态先扩张后收缩又扩张且电弧高速旋转，呈钟罩状。外加1 500 Hz交变纵向磁场，焊缝熔宽减小，熔深增大，焊缝表面均匀光洁，焊缝成形明显改善。     

纵向磁场对CO_2焊接电弧及焊缝成形的影响

为了促进CO_2焊接的发展,降低焊接飞溅率与改善焊缝成形显得至关重要.在具有不同磁场强度与磁场频率的外加纵向磁场作用下,通过高速摄像技术观测了焊接电弧形态,同时测量了焊缝熔宽和熔深的变化.结果表明,当励磁电流为1 A、励磁频率为50 Hz时,焊接电弧由最初的锥形变为钟罩形,并按一定方向旋转,焊接电弧的刚性和稳定性得到了增强,因而焊接效果较好.随着磁场参数的增加,焊缝的熔宽与熔深先增加后减小.因此,通过采用一定范围内的磁场参数,可以达到有效改善焊缝成形并降低焊接飞溅的效果.     

焊接规范参数对带极堆焊电弧发生率的影响

采用焊接电压波形分析法，对影响宽带极（７５ｍｍ）电渣堆焊和高速带极堆焊电弧发生率的因素及其变化规律进行研究。     

激光-电弧复合焊接高强钢的性能

为了研究焊接参数对激光-电弧复合焊接性能的影响,采用了2 k W光纤激光器和MAG(熔化极活性气体保护焊)复合焊接780 MPa高强钢板,通过高速摄像机观察了熔滴过渡形式及激光(或电弧)先导的等离子体形态,研究了激光(或电弧)先导的特性、激光与电弧间距离、离焦量、MAG电流和熔滴过渡形式对激光-电弧复合焊接性能的影响.结果表明,电弧先导的焊缝成形更好;等离子体不仅影响焊缝形状,而且影响激光-电弧间最佳距离;激光与电弧间距对熔宽的影响较小;焊接电流影响焊缝形状和熔深,随着焊接电流的增加,熔深增加,当离焦量为-2 mm时熔深最大.     

焊接线能量对熔敷金属组织形成的影响

采用堆焊焊条CHR322,在A3钢基体上以不同的焊接工艺进行手工电弧堆焊试验。分析了堆焊熔敷金属的显微组织,研究了焊接线能量对堆焊层金属显微组织形成的影响。分析研究表明：堆焊金属与基体金属具有良好的冶金结合,第一层堆焊金属受基体金属的稀释程度影响明显。堆焊金属的显微组织与输入的焊接线能量的大小有关。     

脉冲磁场作用下GMAW电弧动态过程分析

针对熔化极气体保护焊短路过渡焊接过程不均匀、电弧稳定性差、飞溅较大且焊缝成形欠佳的缺点,建立了横向脉冲辅助磁场,使其作用于短路过渡焊接过程的熔滴短路时刻,根据短路过渡周期Tc及变异系数CV,优化了辅助磁场MIG/MAG焊接工艺参数.实验表明:当脉冲磁场持续时间ton取值为特定焊接参数下短路时间T1的统计平均值时,短路过渡周期趋于均匀,电弧短路过渡周期Tc及变异系数CV降低,短路过渡液桥加速断开,短路峰值焊接电流降低,从而使短路过渡末期能量积累以及电爆炸飞溅几率降低,并且使熔滴过渡过程稳定.     

外加纵向低频磁场对CO_2焊过渡频率的影响

为了减少CO2焊飞溅,采用了外加磁场发生装置研究了磁控CO2气体保护焊技术,探讨了外加纵向低频磁场对熔滴过渡频率的作用机理,通过分析试验数据,明确了所需的外加纵向低频磁场参数,并探索熔滴在外加磁场作用下的受力情况.结果表明,一定的外加纵向磁场参数下,熔滴过渡频率显著提高,CO2焊飞溅降低;当激磁电流为2 A、磁场频率为60 Hz时,熔滴过渡频率高,飞溅率低,电弧形态稳定.因此,可以通过外加纵向低频磁场来提高熔滴过渡频率并降低飞溅.     

摆动磁场条件下的焊接接头组织研究

为了优化不锈钢焊接工艺,提高焊接质量,进行了外加电磁场条件下的304不锈钢钨极氩弧焊(TIG),磁场施加方式分别为横向磁场和旋转磁场.焊后采用电子显微镜对焊接接头进行显微组织观察,研究了不同外加磁场类型和不同焊接速度对不锈钢焊接接头组织的作用规律.试验结果表明,外加磁场改变了熔池的流动形态,使金属液由四周向中心流动并伴有搅拌,也使焊缝熔深增大的同时,抑制柱状晶的形成,细化组织.     

Nd:YAG激光+CMT电弧复合热源平焊工艺参数对焊缝成形的影响

以304不锈钢为对象,借助焊缝成形参数来评价YAG激光+CMT电弧复合热源平焊焊缝的成形特征,研究了Nd:YAG激光+CMT复合热源平焊过程中焊接工艺参数对焊缝成形的影响.结果表明,在CMT电弧焊接中加入激光可以改善平焊焊缝成形;与其它复合热源焊接相对比激光功率对熔深影响较大,对平焊焊缝成形的影响程度与焊接电流有关;采用大的光丝间距有利于焊缝金属的铺展;离焦量对平焊焊缝的熔深影响明显,对焊缝金属铺展性的影响可以忽略不计.     

磁控状态下Fe90堆焊层显微组织对力学性能的影响

为了研究直流横向磁场对Fe90堆焊层组织和性能的影响,在Fe90自熔堆焊合金的等离子弧堆焊过程中引入直流横向磁场,采用洛氏硬度仪、磨损试验机对不同规范下试样的硬度、耐磨损性进行测试,采用OM及SEM对堆焊层进行显微组织分析,进而揭示外加磁场对堆焊层性能的作用机理.结果表明,施加磁场的堆焊层要比无磁场作用的堆焊层硬度高、耐磨性好;当堆焊电流为I=180 A,磁场电流为I_m=3 A时,堆焊层性能取得最佳值,其磨损量为0.4218 g,表面硬度HRC为72.1.外加磁场提高堆焊层性能的主要原因是电弧和熔池在磁场作用下运动状态发生改变,改善了堆焊层组织,使堆焊层的组织由柱状晶转化为等轴晶并细化晶粒,进而提高堆焊层的综合力学性能.     

单道多层焊电弧增材制造成形研究

电弧增材制造的材料使用率高、成本低,但稳定性差、成形精度低,对增材制造件形貌进行分析,有利于提高其利用率。文章利用电弧增材制造方法,在Q235基板上进行单道多层焊实验,观察不同堆焊层数下的成形件情况,重点分析了焊接层数对成形件端部流淌的影响。结果表明:由于端部液态金属凝固过程中受多种力作用,随着焊接层数的增加,成形件两端出现流淌现象且逐渐加剧;成形件高度表现为中间高两端低,起弧端高于熄弧端;因下一层焊道对上一层焊道有重熔作用,随着焊接层数的增加,每一层焊道的高度也会增加,基板将会产生明显的焊接变形,当单道多层焊层数为20层时,其最大变形量可达3 mm。     

埋弧焊工艺参数确定的方法

埋弧焊又称埋弧自动焊,是现今焊接方法中使用率较高的一种.而其焊接工艺参数的选择不仅要确保电弧稳定,焊缝形状尺寸符合使用要求,焊缝表面成形光洁整齐,无气孔、裂纹、夹渣、未焊透等缺陷,而且要求生产效率高和生产成本低.在实际生产中,要根据工件接头的形式、焊接位置和焊件厚度等不同情况,进行焊接工艺评定和制订工艺规程,焊工应按工艺规程进行焊接操作.     

高速电弧焊中驼峰焊道的形成机理及影响因素探讨

高速焊由于可以大幅度提高生产效率,已成为焊接界的研究热点.但焊接速度提高的同时也更容易产生焊接缺陷,如驼峰焊道,即焊缝金属沿焊接方向上分布严重不均的焊缝成形缺陷.驼峰焊道的出现限制了焊接速度的进一步提高,国内外焊接学者已对驼峰焊道进行了深入的研究,目前提出了多种模型来解释驼峰焊道的形成机理,但尚未形成统一认可的理论.为此介绍驼峰焊道的形貌,并以高速电弧焊中驼峰焊道为例,结合国内外研究现状对高速电弧焊中驼峰焊道形成机理进行分析,认为保护气、金属成分、电极几何形状和热源形态等都是影响驼峰焊道的因素.     

外加磁场对不锈钢焊接接头组织和性能的影响

为了优化不锈钢焊接工艺,提高焊接质量,减少不锈钢焊接缺陷,在对奥氏体不锈钢进行钨极氩弧焊时外加纵向磁场,焊后对焊接试样进行弯曲和拉伸试验,并采用电子显微镜对焊接接头进行显微组织分析.研究了外加磁场的磁场参数（磁场电流和磁场频率）对不锈钢焊接接头力学性能的影响规律和磁场频率的作用规律.试验结果表明,外加纵向磁场通过电磁搅拌作用改变了晶粒的结晶方向,使晶粒细化;焊接接头的力学性能随磁场的频率变化而变化,在磁场电流为1A、磁场频率为20Hz时,电磁搅拌达到最佳效果,提高了焊接接头的综合力学性能.     

堆焊金属组织及其微动磨损研究

采用CHR207、CHR227和CHR237焊条，在45号钢基体上进行了手工电弧堆焊和不同堆焊层金属的微动摩擦试验。分析了堆焊熔敷金属的显微组织，研究了微动摩擦试验结果。分析研究表明，堆焊金属与基体金属具有良好的冶金结合，第一层堆焊金属受基体金属的稀释程度影响明显，界面处金属过渡层的宽度因焊条种类的不同而异。基体金属和堆焊层金属具有类似的摩擦特性图，微动均处于完全滑移区。     

15MnVR钢A—T1G焊表面活性剂试验分析

通过试验，分析了单一组分表面活性剂——SiO2，TiO2，Cr2O3，CaF2粉末对15MnVR钢A—TlG焊焊接熔深的影响．分析结果表明：涂敷表面活性剂后，A—TIG焊焊缝表面成型美观。内部无气孔、裂纹、夹渣等缺陷；其中涂敷SiO2，Ti02，Cr2O3表面活性剂对15MnVR钢的焊接熔深增加不明显，而涂敷CaF2表面活性剂时焊接熔深可增加2．5倍，表面堆焊可焊透厚度为6mm的钢板。     

6063铝合金熔丝钨极氩弧焊温度场模拟与分析

针对普通钨极氩弧焊承载电流小、焊接效率低的问题,对厚度为4mm的6063铝合金板堆焊进行温度场数值模拟,采用双椭球热源焊接模型,运用Simufact welding软件对焊接进行仿真,模拟中综合考虑对流传热、辐射换热和接触传热等热量传递的影响,对比分析普通TIG焊和熔丝TIG焊的温度分布特点,研究熔丝TIG焊焊接过程中电流大小对温度场的影响。结果表明:相对于普通TIG焊,熔丝TIG焊的效率更高;随着电流的增大,熔丝TIG焊的熔宽和熔深均增加。模拟结果可为铝合金高效焊接提供参考。