铝合金TIG电弧横焊接头缺陷及控制

重型运载火箭燃料贮箱要求对铝合金进行立式装配焊接,TIG电弧横焊是能够较好满足制造要求的方法之一.对铝合金TIG电弧横焊接头的成形特点和焊接缺陷进行分析,利用平板堆焊试验研究焊接电流、焊接速度和焊枪角度对焊缝正面偏移量的影响,最后研究焊接电流频率对气孔缺陷的影响规律.结果表明,采用较小的焊接电流、较快的焊接速度有助于降低焊缝正面的不对称性,利用电弧分力可以抑制熔池下淌,焊接频率为100 Hz时气孔缺陷最少.结合上述试验结果提出了铝合金横焊缺陷的控制措施并进行了试验验证.     

旋转电弧横向焊接及侧向风场对其焊缝成形影响的试验研究

局部干法横向焊接在海洋工程装备制造中具有潜在的应用价值,然而,受重力的影响,横向焊接时熔融金属向下流动,造成焊缝下塌,严重影响了焊接质量。通过试验研究了横向焊接时焊缝下塌随焊接电流、电压等工艺参数的变化规律。在此基础上,研究了侧向风场作用下旋转电弧横向焊接的焊缝成形质量。结果表明:横向焊接时焊缝下塌程度随焊接电流的增加明显变大,受焊接电压的影响较小。旋转电弧横焊可以获得较为一致的熔深,并在一定程度上减小焊缝下塌,其温度场分布也比普通横焊时均匀。侧向风场对抑制焊缝下塌具有明显的作用,但也会引起焊缝成形的不稳定,如何合理控制电弧区域的风场是局部干法焊接的关键。研究结果为实现局部干法水下横焊的熔池控制提供了基础。     

大厚度钢板双丝GMAW横焊焊接技术研究

研究了大厚度板双丝GMAW横焊焊接技术。针对横焊易出现熔池下淌缺陷,理论分析了焊枪角度对熔池下淌缺陷的影响,阐述了熔池下淌缺陷抑制的机理。采用双丝GMAW焊接技术,分析了焊枪间距对电弧间干扰的影响规律,设计了深度60 mm大厚度板横焊坡口形式,试验获得了单丝和双丝GMAW混合使用的最佳工艺规范参数及合格焊缝,满足了使用要求,提高了焊接效率。     

外加轴向磁场K-TIG横焊电弧形态及焊缝成形

深熔K-TIG焊是一种单面焊双面成形的高效焊接技术，在中厚板材制造中得到广泛的应用。为探究磁场影响电弧形态的机理，采用数字图像处理技术对不同磁场强度下的电弧形态进行了研究。结果表明，轴向磁场对电弧上部和电弧下部呈现不同的作用效果，电弧上部的挺度大于电弧下部的，在相同焊接工艺参数下，电弧上部受磁场影响的波动幅度比电弧下部小，磁场强度对电弧的影响呈现非线性关系，深熔K-TIG焊电弧属于自由电弧，形成的熔池面积较大，在横焊工艺中，熔池因重力效应而出现下淌，进而影响焊缝成形。文中提出了一种通过磁场辅助抑制熔池下淌的方法，通过轴向磁场与熔池的电流相互作用，产生与重力方向相反的电磁力，进而抑制熔池下淌，轴向磁场适用于改善K-TIG横焊焊缝成形。     

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。     

P-TIG横焊根部焊道单面焊双面成形影响因素

TIG横焊打底焊作为大型汽轮机焊接转子关键制造技术之一,国外有关公司将其作为Know-How进行严格的技术封锁。文中开展了焊接工艺参数（电弧电压、焊接电流、脉冲频率和送丝速度）对P-TIG横焊单面焊双面成形影响的试验研究。结果表明,焊接电流对根部焊道单面焊双面成形的熔透性起着决定性的作用,其次是电弧电压;脉冲频率对正面焊缝成形的影响较大,而且对于抑制熔池金属的下淌倾向具有良好的效果;送丝速度和电弧电压对背面焊缝成形影响较大,当焊接工艺参数较小时,背面焊缝不能够成形。     

局部干法环境下GMAW横向焊接熔滴过渡特性

提出了一种水下结构件局部干法横向焊接方法,该方法通过对排水罩结构进行设计,使高压气体在排水的同时在排水罩内部形成向上流动的风场,利用风场对熔池的吹袭作用来抑制熔池下淌. 采用高速摄像技术研究了在侧向风场作用下GMAW焊的熔滴过渡特性. 结果表明,在短路过渡状态下,由于受到侧向风场的影响,更容易发生B型短路过渡. 在滴状过渡时,由于熔滴体积较大,侧向风场的支托作用不明显,熔滴沿焊丝倾斜向下过渡到熔池中. 在射流过渡时,侧向风场对电弧的影响较小,使熔滴略微向上偏斜,有助于减小熔池下淌程度,获得较好的焊缝成形质量. 研究结果对于水下结构件横向焊接质量控制有一定的参考价值.     

基于旋转电弧传感法和神经网络的焊缝成形预测模型

搭建了基于旋转电弧传感法的焊接试验平台,制定焊缝成形与焊接电流波形情况的评价指标,确定以旋转电弧传感器检测的焊接电流、旋转频率、焊枪高度和焊枪旋转半径作为影响焊缝成形与焊接电流波形的关键因素。进行了焊接试验,采集训练数据,推导了焊接电流、旋转频率、焊枪高度、焊枪旋转半径与焊缝成形、焊接电流波形之间的神经网络模型。最后的验证试验表明,所构建的神经网络模型能较好地预测焊缝成形及焊接电流波形情况,能够为旋转电弧法最优焊接工艺参数的选取提供依据,以实现优异的焊接过程自动化。     

工艺参数对TIG-MIG复合电弧焊接过程的影响

搭建TIG-MIG复合焊试验平台,分别改变焊接电流、焊枪夹角及电弧间距等参数进行系列焊接试验,研究了该复合焊工艺特点。结果表明,TIG-MIG复合焊能够实现纯氩气保护下的稳定焊接,并且TIG弧的电流需要大于MIG弧电流;焊枪夹角对焊接过程和焊缝成形影响不明显;电弧间距影响焊缝成形特点,试验确定间距约为5mm时焊接效果最佳。     

纯钛TA2薄板双钨极氩弧焊焊接工艺

针对1.24 mm厚纯钛TA2薄板进行双钨极氩弧焊堆焊,研究焊枪倾斜角度和电极间距对电弧耦合、焊缝成形的影响,利用高速摄影和电信号采集系统分别对电弧形态、电流和电压波形进行分析,揭示纯钛TA2薄板高速焊焊接缺陷形成和抑制机理. 结果表明,电极间距在11 ~ 15 mm,电弧干扰小,焊缝成形良好;两个焊枪呈大致对称倾斜分布,液态金属后向流动被抑制,无明显咬边现象,焊缝成形良好. 采用合理的工艺参数进行TA2薄板双钨极氩弧对接焊,焊接速度可达3 m/min,接头抗拉强度为434 MPa,断后伸长率为31.4%,拉伸试样断裂于母材.     

Study on weld formation in a novel rotating arc horizontal GMAW

A novel rotating arc horizontal welding process was developed for solving the sagging of the molten pool which bottlenecks the application and the development of the horizontal welding. The principle of the effect of the rotating arc on the molten pool is that the rotating arc process not only can reduce the welding heat input by prolonging the welding path in the same welding distance caused by the arc rotation, but also disperse the arc force to affect the sidewall periodically to support the molten metal near the upper sidewall. The effects of the rotating speed and arc voltage on the weld formation were studied.The results indicate that there is an appropriate range of the rotating speed and the arc voltage to obtain the defect free horizontal welding.     

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.     

管道全位置焊接熔池监测试验研究

在管道全位置自动焊接过程中,焊接熔池形态监测对焊接质量控制有重要意义。设计一套熔池监测试验装置,方便采集清晰的熔池图像。运用图像处理技术检测熔池边缘。用熔池长度、熔池宽度以及熔池头部轮廓二项式系数等特征参数重新定义熔池形态。应用正交试验法和极差分析法,研究在仰焊区段焊接电流、电弧电压以及焊枪摆速等因素组合变化时对熔池形态的影响程度。结果表明:采用优化的焊接工艺参数组合,可以获得良好的焊缝成形质量。     

双丝串列电弧焊焊缝成形的试验分析

将旋转电弧传感器和双丝串列电弧焊结合起来,开发了旋转电弧引导的、两个电弧在同一个熔池上燃烧的双丝串列电弧焊方法,对其焊缝成形工艺进行了研究.分析了焊接电流、焊接电压、双丝间距、电弧旋转等参数对焊缝成形的影响.结果表明,随着焊接电流的增大,熔敷速度增加,焊缝成形系数呈现先增大后减少的变化规律.而焊接电压的增大则会使焊缝成形系数略有减小.对双丝间距的研究发现,当间距为15 mm时,焊接质量较好.与普通双丝串列焊相比,前置电弧旋转时熔池底部变得平坦,最大熔深有所减小,平均熔深有所增加,这将有助于减少焊缝的应力集中.与单丝旋转电弧焊相比,焊接熔敷速度显著增大,有效避免了高速焊接时的咬边现象.     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响,进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响,并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明,电弧预熔丝激光焊过程中,熔池表面匙孔开口尺寸变化不大,匙孔较为稳定;激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近,焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比,电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入,与匙孔边缘的距离较远,匙孔稳定性较好,焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时,电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好;而激光填丝焊焊缝背面成形不连续,并且出现了未焊透的缺陷.     

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。     

Effect of rotating arc process on molten pool control in horizontal welding

This paper describes the effect of rotating arc process on molten pool control in narrow gap horizontal welding. From energy strategy and force strategy, technical advantages of rotating arc process in molten pool control are explored. On the one hand, because of the decrease of temperature and holding time in weld centre, rotating arc process limits the tendency of molten pool sagging with the arc rotating frequency no more than 10 Hz, which is indicated from the simulation results of heat distribution characteristics. On the other hand, rotating arc process induces the flow of molten metal in the weld width direction by the periodical effect of arc force and droplets impingement, which is observed by the high speed photography system. This oscillation propels the molten metal at lower side against the effect of gravity to flow to the upper side, which is beneficial for the molten pool formation of horizontal welding.