窄间隙坡口激光-MAG复合焊温度场数值模拟

采用激光电弧复合焊焊接窄间隙坡口钢板,坡口会影响激光光致等离子体及电弧形态,从而改变能量密度分布。采用数值模拟手段,综合考虑激光与电弧的相互作用以及窄间隙坡口对等离子体及电弧的压缩作用,建立激光-MAG复合堆焊热源模型和适用于窄间隙坡口的激光-MAG复合焊接热源模型,并分别进行堆焊和窄间隙坡口对接焊的温度场数值模拟。结果表明,两种热源模型的模拟所得焊缝形状与实际焊接焊缝熔合线相符性良好,熔宽、熔深相近,窄间隙坡口对温度场分布有重要影响。     

旋转电弧窄间隙焊温度场和侧壁熔深的数值模拟

针对旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形研究需要,采用Ansys软件对旋转电弧窄间隙MAG焊接温度场进行数值模拟,研究焊缝成形的影响因素.考虑旋转电弧窄间隙MAG焊特点,实现热源模型旋转加载和旋转电弧窄间隙焊接三维温度场数值计算,模拟温度场结果与试验焊缝形貌吻合良好.为进一步提高计算效率,根据热源等效和旋转电弧热源分布特点,提出了一种类似马鞍形圆环的等效热源,侧壁熔深模拟结果与实际较符合,且计算效率大为提高.研究结果为进一步的熔深控制和焊接变形研究奠定基础.     

焊剂片链约束电弧超窄间隙根焊缝成形分析

在间隙宽度4 mm、深度15 mm的Q235A板I型坡口中,板背部加陶瓷衬垫以支撑焊缝背部成型,采用焊剂片链约束电弧的方法进行了超窄间隙根焊试验。结果表明,在焊剂片链约束电弧超窄间隙根焊中,焊接速度影响热输入量和金属熔敷量,进而影响根焊缝的整体成形;焊接电压决定焊剂片的烧损尺寸,主要影响根焊缝的侧壁熔合;焊接电流主要影响根焊缝的背部成形。合理的焊剂片链约束电弧超窄间隙根焊的工艺参数范围为焊接速度8 mm/s,焊接电压21.3~23.7 V,焊接电流182~202 A。在该焊接工艺参数下根焊缝背部成形良好,侧壁有效熔合,实现了单面焊双面成形。     

超窄间隙焊接中焊剂片与电弧相互作用机制分析

通过向间隙宽度为4 mm的I形坡口中预置焊剂片进行超窄间隙焊接试验，采用一种快速中断电弧的方法，保留焊接过程中焊剂片、坡口底部和侧壁的熔化形态，分析了焊剂片与电弧相互作用面积对电弧受约束程度的影响. 结果表明，增加电弧电压或降低焊剂片熔点，可使焊剂片熔化面积增大，固壁约束面积减小. 当焊剂片熔化面积大于一定值而小于固壁约束面积时，电弧受约束程度适中，电弧加热区域被控制在坡口根部和两侧壁，从而获得成形良好的焊缝. 当焊剂片熔化面积大于固壁约束面积时，电弧受约束程度减弱，电弧加热区域集中在两侧壁上，很难形成一个完整的熔池，最终形成了带有大量孔洞的焊缝.     

超窄间隙焊接中送进焊剂片与电弧相互作用机制分析

送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接中，连续送进的焊剂片与电弧相互作用的关系影响着焊接过程的稳定性.采用一种快速中断电弧的方法，得到了熄弧位置处焊缝熔池形态和焊剂片瞬时熔化形貌，分析了焊剂片对电弧的作用长度与电弧受约束程度的关系.结果表明，增加焊剂片送进速度或减小电弧电压，可使焊剂片对电弧的作用长度增加，当增至一定程度时，电弧被有效约束在坡口底部对侧壁根部进行均匀加热，获得根部熔合良好的平焊缝.当焊剂片对电弧的作用长度过小时，电弧的受约束程度减弱，电弧加热区域集中在两侧壁上，很难在坡口根部形成有效熔池，最终形成孔洞焊缝.     

焊接电压和焊剂带厚度对超窄间隙焊缝形态的影响

存焊剂带约束电弧超窄间隙焊接中,电弧和焊接带相互作用直接影响焊接过程的稳定性及焊缝的成形.改变焊接电压和焊剂带厚度,存宽度为4 mm的Ⅰ形坡口进行超窄间隙焊接试验,分析焊缝横向剖面形貌.结果表明,当焊剂带的厚度大于0.566 mm时,配合合适的焊接电压,均可获得良好的焊缝形态.而较厚的焊剂带,可选择的焊接电压范围较宽,...     

工艺参数对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接焊缝成形的影响

通过试验研究了焊速和电压对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接焊缝成形的影响,并通过试验得出了电压与电流的匹配关系。结果表明,焊接速度合理时,能获得成形良好的超窄间隙焊缝。通过电弧电压与焊接电流的合理匹配可优化电弧、熔渣壁及间隙侧壁三者间的关系,利于获得成形良好的超窄间隙焊缝。电流为200~325 A时,获得良好成形的电压范围约为22~31 V。     

不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超窄间隙焊缝成形的影响

金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊缝成形具有重要影响.文中分别采用“V”形、“U”形和“半圆”形三种不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺进行了超窄间隙焊接,并根据所得超窄间隙焊缝横截面形貌,分析了不同形状金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对超窄间隙焊缝成形的影响,以及该工艺防止超窄间隙电弧断续状燃烧的机制.结果表明,随着焊剂对间隙侧壁下方待熔化表面覆盖面积的增大,焊剂熔化对电弧的冷却收缩作用增强,电弧的约束角α减小,以致电弧在侧壁的加热熔化高度hm减小,当hm小于熔化焊丝在超窄间隙内的填充高度时即形成凸焊缝.金属丝网对焊剂颗粒的衬垫有利于电弧阴极斑点在工件待熔化表面快速形成,并加快覆盖在工件待熔化表面区域焊剂颗粒的熔化速度,从而使得电弧阴极斑点区的水平移动速度等于焊丝端头的水平移动速度,以致电弧弧柱未被拉长而连续稳定燃烧.     

基于电信号的超窄间隙焊接电弧稳定性分析

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程中,电弧形态对坡口宽度的变化非常敏感,焊接电弧的稳定性对焊接质量的好坏至关重要。通过对焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程电弧电压和焊接电流信号的采集与分析,提出了基于电弧电压信号波动性CΔ和周期性σs的电弧稳定性判断指标。试验结果表明,所提方法可以有效反映焊剂带约束电弧超窄间隙焊接过程中的电弧稳定性。当σs0.05且CΔ0.3时,焊接过程的电弧稳定性比较好,可以得到质量较好的焊缝。     

用于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接的焊枪设计

为解决超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接的焊丝准确送入与夹紧力调节、焊丝与板式导电嘴的接触导电以及板式导电嘴与超窄间隙侧壁的防接触等问题,设计了一种适合于超窄间隙焊接的焊枪。该焊枪焊接时,焊丝在送丝轮推动下经导丝管进入两块板式导电嘴间的圆弧槽内并被弹性夹紧力夹紧,而后被准确送入超窄间隙内与垫板接触引弧。试验结果表明,该焊枪能够满足超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接的要求,获得了成形良好的超窄间隙焊缝。     

焊接工艺——熔焊

维弧对变极性等离子电五特性的影响;纵向磁场作用下MAG焊电弧的动力学分析;A-TIG焊熔深增加机理的数值模拟;焊剂带约束电弧在超窄间隙焊接中的加热特性;双丝窄间隙焊接工艺参数对焊缝成形的影响     

焊接工艺——熔焊

维弧对变极性等离子电五特性的影响;纵向磁场作用下MAG焊电弧的动力学分析;A-TIG焊熔深增加机理的数值模拟;焊剂带约束电弧在超窄间隙焊接中的加热特性;双丝窄间隙焊接工艺参数对焊缝成形的影响     

超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊缝成形分析

将超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接用于1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢,通过改变焊接速度、电弧电压、焊接电流对焊缝成形进行了研究.结果表明,在热输入为1.75 kJ/mm和深宽比为1.34的条件下,也不易形成"梨形"焊道裂纹,并且单道焊接时熔化焊丝在超窄间隙内的填充高度可达11.5 mm.在其它焊接参数确定的情况下,随着电弧电压的增加,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢超窄间隙焊缝依次呈"凸焊缝"、"凹焊缝"及"电弧攀升"的成形规律.适合于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的电弧电压与焊接电流匹配范围分别约为26~32 V和200~320 A.     

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接根焊方法

超窄间隙焊接在对接焊接中有着独特的优势.在实际焊接工程中,对接焊有时要求采用单面焊双面成型的方法进行根焊.采用焊剂带约束熔化极电弧超窄间隙焊接的方法,结合在工件背面衬垫焊剂,并用铜板对焊剂加以支撑的背面焊缝强制成型方法进行熔化极电弧根焊试验.结果表明,通过焊剂带约束熔化极电弧,选择合适的焊接电压、焊接电流可以使坡口根部...     

考虑侧壁熔合的摆动电弧窄间隙MAG焊温度场热源模型

为了研究窄间隙焊缝摆动电弧MAG焊焊缝成形影响因素,需对其温度场分布情况进行分析. 针对摆动速度大于焊接速度的前提条件,分析了焊接层数不同导致的焊缝厚度不同以及磁偏吹对侧壁的影响,对多层单道焊建立了两种不同的热源模型. 同时采用Comsol有限元分析软件,实现了热源模型的加载和温度场的模拟. 结果表明,对于第一层焊(焊缝厚度3.6 mm)可以采用高斯—广义双椭球复合热源;对于第三层焊(焊缝厚度7.8 mm)可以采用双椭球—广义双椭球复合热源. 对比同时刻温度场模拟结果的焊缝截面与实际试验结果的焊缝截面,发现两者侧壁熔深情况基本吻合. 为后续对焊缝成形影响的进一步研究奠定了基础.     

超窄间隙焊接中送进式焊剂带约束电弧的加热特性

开发了一种连续送进式焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法,通过改变焊剂片厚度和送带速度进行工艺试验,分析各参数下的电弧的加热特性.结果表明,增加焊剂片厚度和送带速度能够增强对电弧的约束效果,使焊缝根部熔化宽度增加,侧壁熔化高度减小;增大焊剂片熔化系数,熔化后焊剂片的固壁约束高度也会变大,电弧在侧壁燃烧的高度变小,提高电弧能量密度,更有利于电弧对侧壁根部的加热.当焊剂片熔化系数小于0.31时,熔化后焊剂片的固壁约束高度较小,电弧对侧壁的加热效果增强.     

送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊方法

焊剂片约束电弧方法可在4～6mm的Ⅰ形坡口实现超窄间隙焊接,前期研究主要将焊剂片提前放入坡口底部,并取得了一定的成果.文中提出了送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊,利用焊丝送进速度通过变速机构转化成送带速度将焊剂片不断送进,并进行了工艺试验.结果表明,调节焊剂片熔化系数,电弧可达到理想约束效果,侧壁根部熔合良好;随着电弧电...     

基于阶梯模型的摆动焊接温度场数值模拟

根据摆动焊接速度和方向的变化规律,建立了电弧摆动焊接适用范围更加广泛的阶梯模型,以Q345平板对接接头为研究对象,利用焊接模拟软件SYSWELD对摆动焊接过程的温度场进行数值模拟,获得了焊缝区瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.结果表明,电弧摆动阶梯模型的瞬态温度场形状与带状热源模型不同,当热源由中间向两边摆动时,阶梯模型的熔池呈头小尾大的椭圆形;电弧摆动阶梯模型的焊接热循环曲线也与带状热源模型不同,阶梯模型的焊接热循环曲线在加热和冷却过程中都会出现一个小波峰,表明焊缝在加热和冷却过程受到电弧摆动的影响.     

基于深度学习的超窄间隙焊接质量评估方法

在超窄间隙焊接过程中,焊接质量的无损评估对焊接质量的在线评估及预报有重要的意义。本文结合焊剂片约束电弧超窄间隙焊接方法的特点及焊接工艺,选取了22个影响焊接接头质量的特征参数作为神经网络的输入,其中基于经验选定了9个特征参数,其余13个特征参数通过对焊接过程中焊接电流信号与电弧电压信号进行时域分析提取获得。利用TensorFlow框架建立了基于深度神经网络的超窄间隙焊接接头质量评估模型,对焊接过程中的焊接接头质量进行无损评估。试验结果表明,该模型能较准确地评估出超窄间隙焊接质量,准确率达92%。     

T型接头约束电弧塞焊焊接工艺与焊缝成形

针对三明治板激光焊接中芯板与面板T型接头熔合不良的问题,提出一种利用焊剂片约束电弧塞焊制造高强钢三明治板的新工艺。采用高速摄像技术研究电弧燃烧形态和熔池变化过程,并对T型接头进行力学性能测试。结果表明,焊剂片可以压缩和稳定电弧,提高焊接热效率,促进熔滴过渡。采用φ1.6 mm焊丝焊接时,坡口装配间隙5~6 mm,焊缝成形良好。焊接电流一定时,随着电弧电压的增大,接头依次出现未焊透、成形良好、电弧再次攀升未焊透和焊漏的变化规律。约束电弧塞焊工艺范围为:电弧电压20~24 V,焊接电流160~300 A,焊速5 mm/s。