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.     

焊剂带约束超窄间隙焊接母材熔化及熔池形成

为认识超窄间隙焊接母材熔化特性及熔池形成机制,在放置焊剂带的I形坡口中进行熔化极电弧焊接试验,采用一种快速中断电弧的方法,保留焊接过程中焊剂带、坡口底部和侧壁的熔化形态.结果表明,电弧区焊剂带热收缩效应和固壁约束作用能有效约束坡口中电弧作用范围.当选择合适的侧壁根部焊剂带裸露高度时,电弧加热区域控制在坡口底部和侧壁根部,熔滴过渡的冲击作用及电弧力集中在熔池前端,使熔融金属产生有利于排出熔池中气体和熔渣的流动,形成无缺陷焊缝.当侧壁根部焊剂带裸露高度大于一定值时,电弧所受约束减小,加热区域扩展到较大范围的坡口侧壁上,熔滴过渡分散在坡口底部和侧壁,熔融金属难以形成贯穿熔池的流动,焊缝存在较多孔洞.     

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...     

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.     

高强钢三明治板T形接头焊剂片约束电弧焊电弧行为

文中基于高速摄像和焊接电信号采集系统，对焊剂片约束电弧焊接高强三明治板T形接头过程中的电弧行为进行了研究. 结果表明，通过焊剂片约束电弧焊接工艺可实现三明治板的加工制造，焊剂片在焊接过程中不仅有效解决了电弧攀升问题，还改变了电弧形貌与加热特性，显著增加了电弧稳定性；将电弧电压控制在23~29 V，焊接电流控制在240~320 A，坡口宽度控制在5~7 mm，在此工艺参数范围内，焊剂片熔化高度适中，电弧可获得良好的约束，电弧到坡口底部的距离与电弧到面板侧壁的距离相当，主要在坡口底部及侧壁根部稳定燃烧，可获得面板与芯板熔合良好T形接头.     

焊剂带约束电弧特性的试验分析

通过向电弧两侧连续送入焊剂带以约束电弧的方法,对焊剂带约束电弧的特性进行了研究.结果表明,焊剂带靠弧柱区的热量被加热熔化,在稳定的焊接条件下,形成一个确定的焊剂带与电弧作用长度,其大小随电弧电压的减小,送带速度的增加而增大,这一参数直接影响着焊剂带约束电弧的形态,增加它可使电弧长度增长而宽度减小,进而可使焊缝的熔深增加而熔宽减小;焊剂带与电弧中心距离的减小可明显减小电弧的宽度,使焊缝熔宽减小而熔深增加;利用焊剂带约束电弧的特性可以实现超窄间隙焊接.     

焊剂带约束电弧在超窄间隙焊接中的加热特性

利用焊剂带约束的电弧进行超窄间隙焊接,通过测量不同焊接参数下的焊缝截面相关尺寸,并根据截面尺寸的变化规律分析了受约束电弧的加热特性.结果表明,对超窄间隙中的电弧加以有效约束,有利于防止电弧攀升,并能保证两侧壁可靠熔合;电弧形态是决定侧壁熔合的主要因素,增加焊接电流或送带速度,可使电弧的加热位置下移,电弧直接加热侧壁的高度减小,以至电弧能量密度提高,更有利于电弧对侧壁根部的加热;增加电弧电压,可使阴极斑点的活动范围增加,有利于增强弧柱和阴极斑点对侧壁根部的加热效果;电弧电压、焊接电流和送带速度三者间的合理匹配,有利于获得合适的电弧形态,使电弧在间隙的三个方向有效加热.     

焊剂带约束电弧焊接方法研究

研究了一种熔化极电弧焊接方法,该方法是将两条焊剂带沿焊丝两侧连续送入电弧区,利用焊剂带向熔池中加入焊剂并约束电弧.结果表明:焊剂带约束电弧焊接方法可获得成形良好的焊缝;通过控制焊剂带对电弧的约束程度,可获得深宽比不同的焊缝;焊剂带的焊剂成分对焊缝成形有重要影响,利用焊剂成分P1所制作的焊剂带进行焊接时,可以获得成形良好的焊缝.     

送置焊剂片链超窄间隙电弧焊接方法

设计并制作送置焊剂片链超窄间隙电弧焊接装置,可实现焊剂片的自动送置,对焊丝与焊剂片的相对位置进行了精确控制,能够在宽度为4 mm、深度为200 mm的I形坡口中进行平稳有效的焊接。焊接工艺实验表明,焊丝与焊剂片之间的距离是影响焊剂片熔化量的关键因素;当焊丝与焊剂片之间的间隙减小时,焊剂片熔化量增大,坡口侧壁燃烧高度增加,所适用的电弧电压降低;当间隙减小到一定值时,坡口根部出现未熔合,甚至发生电弧攀升。     

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...     

基于熔池图像尖端特征规律的焊接偏差测定方法

通过对管道全位置熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)熔池图像的研究分析,发现并验证了其根焊熔池图像尖端与焊缝坡口中心位置重合的现象,依据此规律性特征,提出了一种基于熔池图像尖端信息的焊接偏差测定方法.该方法的基本原理是,在对焊接过程熔池CCD图像进行中值滤波、小波变换、连通区域分割等图像处理后,以搜索算法测得的根焊熔池图像尖端位置信息作为焊缝坡口中心位置的坐标值,此值与焊丝中心坐标值之差即为焊接偏差量.试验证明,此方法能从根焊熔池图像中实时测定焊接偏差量,为实现机器人自动焊缝跟踪控制提供了可靠依据.     

脉冲MAG-TIG双电弧打底单面焊双面成形机制分析

基于中厚板打底焊接存在着自动化程度及效率低的问题,采用脉冲熔化极气体保护焊-钨极氩弧焊(MAG-TIG)双电弧热源焊接对板厚为24 mm的Q235-B进行打底焊接单面焊双面成形工艺研究及机制分析. 结果表明,脉冲MAG-TIG双电弧热源打底焊接时,利用TIG电弧与MAG电弧间的电磁力来调节MAG电弧在熔池前端的加热位置,使得一部分电弧热量直接作用于钝边上;结合焊接电弧放电行为与熔池流动分析发现,打底成形稳定性最佳时,利用TIG电弧与熔池的剪切力使得液态金属向后方流动,熔池前端底部液态金属减少,易于平衡稳定,可获得熔透均匀、连续、稳定的打底焊缝背面成形.     

基于纵向磁场控制的大直径空心螺柱焊接工艺

采用电弧螺柱焊方法对外径20 mm、内径10 mm的空心螺柱与45钢板材进行焊接,研究了旋弧磁场对接头显微组织特征及力学性能的影响. 结果表明,在纵向旋弧磁场作用下,电弧中电荷受洛伦兹力作用呈螺旋运动,接头外观成形得到改善. 受磁场控制的电弧持续搅拌熔池,改善了焊接热循环条件,影响了熔池凝固结晶过程. 接头中先共析铁素体呈有规律的网状分布,珠光体也变得细化. 接头温度梯度减小使得固态相变时间增长,母材侧热影响区马氏体数量显著下降,热影响区宽度变小. 但旋弧磁场电流过大时焊接过程飞溅倾向明显增大,焊缝中气孔增多. 在焊接时间1 400 ms、焊接电流800 A、旋弧磁场电流0.43 A时,电弧在空心螺柱端面充分燃烧,接头抗剪强度可达到325 MPa.     

A study on V-groove GMAW for various welding positions

This study performed three-dimensional transient numerical simulations using the volume of fluid method in a gas metal arc V-groove welding process with and without root gap for flat, overhead, and vertical welding positions. The elliptically symmetric arc models for arc heat flux, electromagnetic force and arc pressure were used to describe the more accurate molten pool behaviors. The numerical models not only formed a stable weld bead but also simulated the dynamic molten pool behaviors such as overflow which was not described before. This study analyzed these molten pool flow patterns for various welding positions and validated the numerical models used by comparing the simulation results with experimental ones.     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

变极性脉冲MIG焊的控制

研究变极性脉冲MIC焊的主要目的是控制形成浅焯缝,高效焊接铝合金薄板变极性脉冲MIG蚌的控制系统由逆史控制系统和单片机控制系统构成。控制系统协调控制电弧极性、电弧稳定性、焊丝熔化及熔滴过渡、电弧电压等焊接参数,获得稳定的焊接过程。变极性脉冲MIG焊在电弧EP极性时,利用脉冲电流熔化焊丝、形成熔滴过渡,电弧EN极性时电弧沿焊丝端上爬,EN极性电孤促进焊丝熔化、减小电弧对熔池的加热作用,减小焊缝熔深,焊接薄板时其有独特优势。     

绝缘片约束TIG电弧在窄间隙中的加热特性

采用坡口侧壁放置绝缘片的方式约束电弧,在4 mm宽的I型坡口内进行窄间隙TIG焊接试验,通过分析坡口截面各区域熔化面积及其所占比例的变化,研究绝缘片约束TIG电弧的加热特性.结果表明,窄间隙中依靠绝缘片对弧根的固壁约束作用能够将电弧加热区域限制在坡口底部,增强电弧对坡口底部和底角的加热效果,防止电弧集中于侧壁燃烧;弧长、绝缘片对弧根的约束程度和焊接电流三者匹配时,可使坡口底角获得可靠熔合;弧长过长会导致电弧直接向侧壁攀升,且无法依靠绝缘片将电弧控制在坡口底部;绝缘片对弧根约束过多以及采用较大的焊接电流,均会导致电弧将绝缘片熔化,造成电弧燃烧不稳定.     

基于视觉传感的摆焊管道立焊熔池特征分析

对摆动电弧GMAW焊在全位置立焊区间的熔池特征进行了研究,设计一套管道全位置焊接视觉监测系统。采集清晰的熔池序列图像;分析一个电弧摆动周期的立焊熔池变化特点;采用数学形态学的算法获取熔池轮廓。结果表明：定义的熔池视觉特征参数能有效地区分全位置焊不同立焊区间的熔池。在摆动电弧的作用下,立向上焊与立向下焊的熔池特征存在明显的差异性,立向上焊的熔池长与熔池面积较立向下焊分别大21%与10%,立向上焊的熔池尾部轮廓线呈水平状态,而立向下焊的熔池尾部呈现明显下凹特征。     

碱性渣系气体保护药芯焊丝立向上焊接工艺

采用平板对接立向上焊接、焊接电弧物理观察等试验方法，观察了碱性渣系气体保护药芯焊丝熔滴过渡和电弧特性，研究了立向上焊焊缝成形机理及影响因素。结果表明，碱性焊丝立向上焊时，粗熔滴非轴向过渡和集中、活动型电弧特性使熔滴过渡的定向性很差，熔滴飞溅增大；碱性熔渣的流动性大，凝固速度慢，对熔池的扶托作用差，熔池的形状较难控制，焊缝成形相对困难。采用合理的、最佳匹配的焊接参数和有效的操作技术和运丝方式是获得满意立向上焊缝的必要条件。