三丝间接电弧焊电弧形态及焊缝成形分析

气体保护三丝间接电弧焊是一种新型的焊接方法,电弧建立在主丝与边丝之间,工件不连接电源.文中建立了稳定的三丝间接电弧,针对焊缝侧壁熔合问题,分析了不同焊丝分布方式产生的电弧形态对侧壁熔合的影响;针对焊缝层间熔合问题,采用后置钨极的方法实现了焊缝层间熔合.结果表明,主丝与边丝送丝速度与熔化速度相匹配,可建立稳定的三丝间接电弧;焊丝分布Ⅳ沿焊接方向的电弧偏向两侧壁,垂直于焊接方向的电弧形态集中,电弧稳定性好,可实现焊缝侧壁均匀熔合,熔合深度为1~1.2 mm;施加后置钨极,可实现焊缝层间熔合,焊缝抗拉强度为420 MPa,断裂位置发生在母材.     

摆动电弧窄间隙立向上GMAW焊缝成形

文中对摆动电弧窄间隙立向上GMAW工艺进行了研究.结果表明,窄间隙立向上焊缝表面中间凸起,而立向下焊缝中间下凹;摆动角度和摆动速度的增加均有利于焊缝中间凸起高度的降低,侧壁停留时间对焊缝中间凸起的影响较小;电弧在坡口中间摆动时单位移动轨迹长度上的电弧能量能够影响焊缝中间凸起高度,侧壁停留时的单位移动轨迹长度上的电弧能量则主要影响焊缝熔宽,摆动参数通过影响电弧能量的分布来影响焊缝熔宽和中间凸起高度.     

高速旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形的分析

采用平特性电源,研究了高速旋转电弧窄间隙MAG焊接工艺对焊缝成形的影响规律。结果表明,旋转电弧是通过热量的合理分配来改善焊缝成形,旋转频率对熔化速度的影响很小。提高旋转频率和降低保护气中CO2的含量有利于增加侧壁熔深,改善焊缝成形;但同时也容易造成电弧与侧壁短路,恶化焊缝成形,严重的将出现未熔合。所以在间隙小于10min时旋转频率应小于50Hz。焊接速度的变化不会影响过渡形式,但较低的焊接速度可以得到更大的表面下凹。     

新型摆动电弧窄间隙GMAW焊缝成形研究

研究开发了一种新型摆动电弧窄间隙GMAW焊接系统,该系统通过控制电弧在窄间隙坡口内横向摆动从而增强对侧壁金属的直接热输入,改善侧壁熔合.结合试验,探讨了电弧摆动、热输入以及焊接速度对焊缝成形的影响,结果表明,采取合适的焊接工艺可以得到表面下凹、侧壁熔合良好的焊缝,同时提高了焊接效率.     

摆动电弧窄间隙焊接工艺参数对焊缝成形的影响

在优化设计摆动电弧窄间隙GMAW焊炬的基础上,研究了摆动角度、摆动速度和侧壁停留时间对焊缝截面尺寸的影响规律。结果表明,摆动电弧有利于改善窄间隙焊接过程中的侧壁未熔合问题;随着摆动角度的增大,焊缝熔深减小,而侧壁熔深增大,表面下凹量则随着摆动角度的增大而增大;摆动速度的增大有利于焊缝熔深的减小和下凹量的增大,但是其对于侧壁熔深的影响不显著;焊缝熔深随着停留时间的增大而显著增大,侧壁熔深则随侧壁停留时间的增大略有增加,表面下凹量随着侧壁停留时间的增大而增大。     

窄间隙旋转电弧FCAW焊工艺

由于窄间隙焊技术使得焊缝横截面积大幅减小,从而能够大幅度提高焊接生产率和降低施工成本,故其作为一种高效低成本的焊接技术已经在工业上得到了广泛的应用.文中对ABS EH36板材的窄间隙旋转电弧FCAW焊工艺进行研究,通过对焊接接头进行无损检验与力学性能试验,证明了焊接接头各项指标满足标准要求.     

窄间隙横焊焊缝成形不对称性研究

随着大型重工业的发展,厚板在横向位置的焊接越来越受到重视,而窄间隙横向焊接是效率最高、难度最大的一种焊接方法。采用新型扁平状摆动电弧窄间隙焊枪,研究窄间隙横焊时电弧摆动对焊接熔池流动及焊缝不对称性成形的影响规律。试验结果表明,电弧不摆动时熔池在重力作用下下淌,电弧摆动改变了熔池受力位置和热源的分布,使侧壁得到足够的能量实现完全熔合。随着摆动幅度的增加,熔池下淌趋势得到有效抑制,而且在不引起侧壁起弧前提下,摆动幅度越大,焊缝成形对称性越好。     

新型高速旋转电弧窄间隙MAG焊接

研究开发了一种新型窄间隙MAG焊接系统。在该系统中，焊丝穿过电机的空心轴后从导电嘴的偏心孔进出，电机带动导电杆和偏心导电嘴旋转，从而使焊丝端部的电弧以一定直径高速旋转．以保证窄间隙焊接接头具有足够的侧壁熔深。焊接试验结果表明，这种旋转电弧焊接系统能在不同的旋转速度和旋转直径下稳定可靠地工作。并且明显地改善了窄间隙焊缝侧壁熔透，避免了接头底部指状熔深的出现，同时提高了焊接熔敷效率。     

窄间隙P-MAG焊电弧行为及信号传感特征分析

通过试验研究了坡口角度对电弧形态、熔滴过渡以及电弧信号特征的影响规律.结果表明,坡口角度越小磁偏吹越严重,并引起了熔滴过渡路径和电弧信号的改变.分析了窄坡口P-MAG摆动焊接的信号特征,发现当焊枪摆动中心偏离焊缝中心时,焊枪摆动到左右极限位置时的电弧信号存在明显差异——在焊枪偏向侧壁的一侧,焊枪远离侧壁运动过程中的电弧特征参数变化率远大于焊枪朝向侧壁运动过程电弧参数变化率,而在焊枪远离侧壁的一侧,侧壁位置的电弧参数不存在这种差异.焊枪偏离焊缝中心时在左右极限位置的电弧信号差异可以用来跟踪焊缝中心.     

旁路耦合三丝间接电弧增材制造成形特性

采用旁路耦合三丝间接电弧焊( bypass coupling triple-wire gas indirect arc welding,BCTW-GIA焊)进行Q345低碳钢增材制造. 利用高速成像设备研究了旁路电流变化对电弧特性的影响,并观察了对应的焊缝成形特性. 结果表明,随着旁路电流的增加,间接电弧占比逐渐减少,而直接电弧占比逐渐增加,焊接热输入逐步提升,焊缝的接触角逐渐减小. 当旁路电流为155 A时,可在表面成形良好的前提下得到铺展性最优的单道焊缝. 采用此参数进行单道多层增材得到了直壁墙体,沉积速率高达13.3 kg/h. 该增材制造方法具有较高的熔敷效率和较低的热输入,有利于改善增材试样的显微组织,并提高试样的平均硬度. 试样底部、中部及顶部区域的平均硬度分别为 186.80,172.44,176.04 HV.     

窄间隙熔化极气体保护焊技术研究

窄间隙焊接的难点在于在焊接过程中如何保证焊枪严格对中焊缝以及坡口侧壁均匀熔透.为了解决第1个难点,作者开发了一种基于PC控制的闭环焊缝跟踪系统.为了解决第2个难点,采用折弯焊丝的方法实现电弧摆动,并为此设计了一套基于PC控制的焊丝弯曲机构.通过性能测试系统跟踪精度达到设计目标.死区设置既保证焊枪对中精度,又可以抗坡口侧壁粘附金属颗粒造成的干扰.焊丝弯曲机构结构简易,参数设置灵活,实现了电弧往复摆动控制的要求.     

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接工艺实验

焊剂带约束电弧的行为已有基本的认识,用于超窄间隙焊接有明显的优势.在间隙宽度为4mm、钢板厚度为30mm的I形坡口中,进行多层单道焊剂带约束电弧超窄间隙焊接试验.整个焊接接头要通过根焊、填充焊和盖面焊来完成,通过试验分析得到各焊道所对应的焊接工艺参数.这种超窄间隙焊接方法线能量低,约为0.6kJ/mm;所得到焊接接头的热影响区宽度窄,约为1.3 mm;采用常规的CO2气保焊焊丝H08Mn2Si,超窄间隙焊缝硬度比CO2气保焊焊缝硬度提高60％.     

窄间隙/超窄间隙焊接技术(三) 窄间隙气体保护焊相关关键技术

窄间隙焊接技术已经成为现代工业生产中厚板结构的首选技术,其技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一,近年来随着科技工作者的不断探索和研发,相继涌现了多种窄间隙焊接方法,文中对电弧焊、激光焊和激光−电弧复合焊等窄间隙焊接制造技术进行了系统阐述,概述了不同热源窄间隙焊接制造过程中的焊接质量、焊接效率的影响因素,归纳了不同热源窄间隙焊的工艺特点及应用领域,结合国内外相关技术的发展现状,总结了窄间隙焊技术面临的问题,提出了后续的发展建议,为相关领域的科研工作者提供参考.

     

基于电弧传感方式的窄间隙焊枪高度自适应跟踪系统

基于电弧传感原理，用试验方法建立了CO2气体保护短路过渡焊接条件下焊枪高度与电弧电压均值之间的静态数学模型，通过信号处理及PID调节实现了计算机控制的窄间隙焊枪高度自适应实时跟踪，为窄间隙接质量保障提供了一种新的技术途径。     

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.     

焊剂带控制超窄间隙坡口内电弧加热区域的机制

在超窄间隙焊接中,焊剂带约束电弧可解决间隙侧壁尤其是间隙根部的熔合问题.采用不同厚度的焊剂带在宽度为5 mm的Ⅰ型坡口中进行超窄间隙焊接,发现送带速度增大,电弧对侧壁的加热高度逐渐减小,而对坡口根部的加热趋势逐渐增大.在合适的送带速度范围内,能够保证间隙侧壁和底部的均匀熔合,且与焊丝填充量合理匹配可得到成形良好的焊道.提高焊接电压,对应形成良好焊道所匹配的送带速度增大;使用较厚的焊剂带时,所匹配的送带速度减小.     

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.     

超窄间隙焊剂带约束电弧电压及电流波形特征

为认清焊剂带约束电弧在超窄间隙中的作用,在放置焊剂带的I形坡口中进行熔化极电弧焊接试验.试验发现,坡口侧壁根部焊剂带裸露高度,控制着坡口侧壁的熔化高度;当裸露高度很小时,电弧的作用范围主要集中在坡口的底部,短路结束燃弧开始时弧长较长,在电压波形上表现为初始燃弧电压高,随后快速降低;电流波形反映出较高的短路电流峰值.结果表明,随裸露高度的增加,电弧作用范围从坡口底部向侧壁扩张,电弧长度缩短,瞬时燃弧电压降低,燃弧后电压下降速度变慢,甚至不再下降;同时反映出短路频率提高,短路电流峰值减小,瞬时短路出现几率增加.     

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.     

双丝窄间隙GMAW三元保护气成分对焊缝成形的影响

窄间隙焊接在厚板焊接中有着较大的优势,保护气成分在一定程度上影响电弧行为及熔滴过渡,进而影响焊缝成形。针对30 mm厚Q235低碳钢,研究了窄间隙坡口下Ar,He和CO2构成的三元保护气中,不同的保护气成分比例对焊缝成形的影响。结果表明：固定的He含量为5%,当CO2含量为10%时得到的焊缝表面成形良好,指状熔深相对较小,侧壁熔深相对较大的焊缝。固定CO2含量为10%,当He含量为10%时得到的焊缝表面成形良好,指状熔深相对较小,侧壁熔深相对较大的焊缝。