铝合金活性MIG焊接电弧行为及微观组织分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对铝合金活性熔化极气体保护焊电弧状态进行了分析,发现活性熔化极气体保护焊电弧收缩,电流密度提高.对铝合金活性熔化极气体保护焊焊接接头微观组织进行了分析,与熔化极气体保护焊方法相比,结果表明,透射电镜和面扫描分析表明活性剂的添加没有改变强化相的种类,不会影响焊缝中各种组元的成分含量,同时也对Mn,Cr,Ti等元素的分布没有影响.     

气体熔池耦合活性TIG焊方法

提出了一种新型活性TIG焊方法——气体熔池耦合活性TIG焊,即GPCA-TIG焊.该焊接方法将气体分两层流动,内层气体采用惰性气体起到保护熔池的作用;外层气体则为含活性元素O的气体,将活性元素O引入熔池金属,达到增加熔深的目的.文中以SUS304不锈钢为焊接母材,研究了GPCA-TIG焊接法对焊接电弧及焊缝成形的作用,以及该方法主要工艺参数对焊缝熔深和深宽比的影响.结果表明,在相同参数下,与常规TIG焊方法相比,GPCA-TIG焊可不开坡口一次性焊透8 mm不锈钢板,焊接效率明显提高.同时采用该方法,可以有效避免钨极的氧化烧损.     

高速列车用耐候钢活性MAG焊接技术

提出了活性熔化极气体保护焊焊接新方法,获得了高质量的活性熔化极气体保护焊焊接接头.结果表明,活性熔化极气体保护焊焊缝表面成形好、活性焊接接头内部质量高、活性焊接操作性好、活性熔化极气体保护焊相对传统熔化极气体保护焊同等焊接热输入下熔深增加,焊接接头拉伸及弯曲力学性能不降低,同时焊接接头的冲击韧性得到提高,特别是活性焊接接头热影响区的冲击吸收功得到提升,焊接接头的断口韧窝尺寸更细小.活性熔化极气体保护焊可以提高耐候钢焊接质量,改善难熔结构焊接熔深,具有工程应用价值.     

不锈钢电弧辅助活性TIG焊

针对不锈钢,提出了一种新型活性YIG焊方法--电弧辅助活性TIG焊,即AA-TIG焊(arc assisted activating TIG welding).该焊接方法通过在正常TIG焊前以活性混合气体作为保护气体,采用小电流钨极电弧预熔待焊焊道表面,可使熔深显著增加,焊接效率大大提高,而且具有可全自动化焊接和工艺可重复性好等优点.分别采用O2+Ar,CO2+Ar,空气作为小电流钨极电弧的保护气体进行了单弧AA-TIG焊.与传统TIG焊比较,发现O2+Ar,CO2+Ar和空气都可显著增加熔深,减小熔宽,焊缝表面成形良好.采用CO2+Ar作为活性混合保护气体进行双弧AA-TIG焊,焊缝成形良好,熔深显著增加.熔深随着焊枪间距减小而增大.     

变极性熔化极气体保护焊的研究与发展

变极性熔化极气体保护焊是一种新型的焊接方法,在焊丝接正半波内以脉冲电流或者精细波形控制的方法实现熔滴的过渡,在焊丝接负时降低电弧输入熔池的热量,并提高焊丝的熔化速度,提高熔敷速度,非常适合于薄板焊接。介绍了变极性技术在熔化极气体保护焊中的应用,分析不同保护气体所对应的变极性电流控制波形,以及电流过零时电弧稳定性的控制方法,指出变极性熔化极气体保护焊的发展方向。     

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.     

高强合金钢中厚板双丝焊接接头组织性能

针对轻型车辆中厚板高强合金钢高效化焊接特点,基于高效双丝熔化极气体保护焊系统,应用双电弧共熔池熔化极气体保护焊方法,采用奥氏体不锈钢焊丝进行高强合金钢的焊接工艺试验.确定了合适的焊接工艺参数,并对获得的对接接头的显微组织、成分及力学性能进行了分析.结果表明,采用双电弧共熔池熔化极气体保护焊工艺,能够获得良好的中厚板高合金钢焊接接头,力学性能满足使用要求.与焊条电弧焊和单丝电弧焊相比,焊接效率得到较大提高.     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

电弧摆动对窄间隙GMAW横焊打底焊道成形的影响

采用一款新型摆动电弧窄间隙熔化极气体保护焊焊枪,对FH40厚板进行窄间隙横焊试验,探究不同工艺参数对打底焊道成形、熔滴过渡及缺陷的影响规律。结果表明,摆动幅度对焊道的熔宽和表面凹凸度影响最大,焊接速度对熔深和焊道成形的不对称性影响最大;电弧不摆动时,熔池铺展范围小,焊道凸而窄,坡口两侧无法熔合;电弧摆动过程中熔滴过渡形式和熔池流动状态会发生变化,合适的电弧摆动幅度有助于熔池均匀填满坡口,获得侧壁熔合良好、成形对称的打底焊焊道,但过大的摆动幅度会加快熔池下淌,甚至造成焊道外凸、咬边等焊接缺陷。     

A-TIG焊接熔深增加机理

活性化氩弧焊(A-TIG)焊接方法与传统TIG焊相比,具有明显的熔深增加作用.模拟了Nimonic 263 A-TIG焊接流场温度场,并对试验与模拟焊缝形状进行了对比.结果表明,同一焊接电流下,与TIG焊缝相比,A-TIG焊缝的熔深较深而熔宽较小.随着焊接电流的增加或者焊接速度的降低,A-TIG焊缝熔深呈线性增加,且比TIG焊的熔深增加效果明显.通过分析流体流动方式,进一步推测了A-TIG熔深增加机理:熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因,熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘,中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向.这个方向的环流将高温液体带到熔池底部,使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加,且随着焊接电流的增加,熔深增加效果也不断提高.     

CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学

CuZnSnSi合金钎料在钎焊钢工件中具有良好的综合性能.为进一步探究其合金性能,借助差示扫描分析(DSC)和热重分析(TG)技术,分别采用微分非等温法和积分非等温法分析了CuZnSnSi合金钎料相变过程的热分析动力学.结果表明,CuZnSnSi合金的相变温度范围为1150.5~1221.5 K,吸热峰温度为1174.46 K,在相变过程中没有化学反应,但出现升温段的吸热峰温度滞后于降温段的放热峰,说明了合金钎料在结晶过程需要一定的过冷度;非等温分析法计算得到合金钎料相变表观活化能为615.72 kJ/mol;由Arrhenius公式得出合金钎料相变速率常数k的变化规律为1.71×1027exp(-6.16×10⁵/RT).     

Influence of molten metal flow on undercutting formation in GMAW

Molten metal flow on weld pool surface in gas metal arc welding process is investigated using a vision-based sensing system and an interpolation algorithm. Bead formation is investigated by analysing flow patterns and its driving forces of weld pool under different welding speed, welding current and shielding gas. Results show that if longitudinal to transverse velocity ratio exceeds 2.0 in the front of weld pool, outward molten metal mainly driven by arc force cannot reach the widest section of the weld pool. Meanwhile, the transverse spreading of molten metal is still hindered in the middle of weld pool as it turns to be inward flow dominated by Marangoni force. These phenomena impede molten metal supply to weld toes which causes undercutting defect. Scaling analysis shows that the predicted undercutting defect agrees well with that resulted from experiments.     

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.     

聚变堆用奥氏体不锈钢不同激光输出模式熔丝特征

针对聚变堆用316LN奥氏体不锈钢材料,分别在连续激光和脉冲激光模式下进行了激光填丝焊接试验。主要研究了不同焊接工艺参数下的焊丝熔入特征及其对焊缝质量的影响,并对连续激光与脉冲激光焊接熔池流动及熔池形貌、接头的显微组织进行了研究。结果表明,连续激光填丝焊和脉冲激光填丝焊在合适的焊接工艺参数下均能获得焊丝液桥过渡,且熔池铺展均匀、焊缝成形良好。与脉冲激光填丝焊相比,连续激光填丝焊在坡口中的熔池长度约是脉冲激光填丝焊的3倍,温度梯度较大,更易产生侧壁未熔合和贯穿焊缝中心的凝固裂纹等缺陷。连续激光填丝焊的焊缝显微组织以柱状晶为主,由焊缝两边向焊缝中心生长,方向性强。脉冲激光填丝焊的焊缝两侧显微组织以柱状晶为主,各个区域都受到了相邻脉冲的重复作用,具有周期性,产生二次结晶,有助于熔池的搅动和晶粒细化,打乱了枝晶生长的方向性;焊缝中心区域为方向各异的柱状晶和等轴晶,枝晶间距减小,能够抑制裂纹的产生。 创新点： 首次提出通过脉冲激光调控结晶形态以抑制厚板焊接中裂纹的焊接工艺,可在不添加任何外部设备的基础上实现对裂纹的有效控制,打破了传统焊接工艺带来的局限性。     

外加横向磁场对304不锈钢焊接熔池影响机理分析

为了改善焊缝成形及提高焊接零件组织和性能,文中采用有限元法对外加磁场作用下的304不锈钢焊接熔池进行电磁场和热流场之间的耦合分析,得到了有无外加横向磁场作用下熔池内液态金属流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场使熔池横截面最大流速分布由单一的熔池中心中部改为熔池中心上表面略靠下和熔池底部;熔池纵截面最大流速由首尾端漩涡交汇处改为沿两个漩涡流动方向较均匀分布,这是由于电磁压力抵消了部分表面张力,使表面张力的作用位置更靠近熔池中心位置. 在304不锈钢上进行堆焊试验,焊道横截面组织形貌证实了上述模拟结果.     

外加横向磁场对高速GMAW焊缝成形的影响

对于高速熔化极气体保护焊接（GMAW）过程,当焊接速度超过临界值后,会出现驼峰焊道,焊缝成形变差.研究证明,熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因.研发了外加横向磁场发生装置,通过产生的电磁力来抑制后向液体流的动量,从而抑制驼峰焊道的形成.应用特斯拉计测试和考察了工件上磁感应强度大小及分布的影响因素.通过开展焊接工艺试验分析了不同强度的外加磁场作用下的焊缝成形规律.结果表明,外加横向磁场能明显调控熔池流态,有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷,显著改善焊缝成形,提高临界焊接速度.     

AZ91D镁合金真空电子束深熔焊接熔池气泡流数值模拟

针对AZ91D镁合金焊接熔池的气—液两相流系统,在质量守恒和动量守恒的基础上,建立了真空电子束焊接熔池二维气泡流数学模型,模拟计算了熔池中的气相分布、气泡流流动现象,分析了对空腔型缺陷形成、分布的实际影响.结果表明,完全穿透型焊缝熔池中的气体逸出可能性大大高于非穿透型焊缝,使其出现空腔型缺陷的几率在一定程度上低于非穿透型焊缝.典型空腔型缺陷的形成过程与电子束焊特有的深熔焊缝熔池中气泡流的流型及其流动特征有密切关系.较高的液相对流速度更有利于熔池中气体的逸出,从而使焊缝最终的含气率较低.     

激光-电弧复合焊接咬边缺陷分析及抑制方法

为了提高激光-电弧复合焊接的可靠性,对复合焊接咬边缺陷成形机理及抑制方法进行了研究.结果表明,激光能够提高复合焊接的临界咬边速度,最高可达电弧焊接的5倍.在激光-电弧相互作用下,复合焊接存在两种抑制咬边的机理.一种是改变焊趾处固、液、气三相的表面张力状况,形成指向熔池外部的合力.另一种是通过提高熔池内温度梯度和热输入来增加熔池内由内向外的流动速度和时间,使熔化金属能够流向并填充焊趾,这种抑制机理作用更为显著.试验确定了复合焊接临界咬边速度的经验公式和电弧电压的合理调节范围.     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律,利用Flow-3D软件建立三维数学模型,采用球形旋转热源模型,考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用,模拟了堆焊状态下,工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明,熔池形成过程中,旋转熔滴对熔池有搅拌作用,并使熔池内部液态金属活性增强,流速变快,熔池内部液态金属体积变大,熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.