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...     

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。     

基于STC12C5A60S2焊剂带约束电弧超窄间隙焊接控制系统

超窄间隙焊接在对接焊中有独特优势.以焊剂带约束熔化极电孤超窄间隙焊接方法为工艺背景,研制了以STC12C5A60S2为控制核心,集显示、检测、调速和焊接启地等功能为一体的超窄间隙焊接控制系统,满足对焊接速度的随时调节,增大人机交流程度,克服焊接开始结束时虚焊短焊等缺点,提高间隙对接质量,实现焊接滑块准确停止,有利于自动焊接设备在实际工程中的应用.     

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％.     

焊接设备——熔焊设备

大功率、低噪声的系列TIG弧焊机；用三相交流电流工作的TIG弧焊机；用于大型钢结构工作中的熔化极惰性／活性气体保护焊焊机；焊剂带约束电弧超窄间隙焊接的实现；高性能焊枪[编者按]     

铸钢接管超窄间隙横向焊工艺试验

焊剂带约束电弧超窄间隙水平位置的焊接虽做了很多工艺方面的研究,并取得了一定的成果,但此方法横向焊只做了初步研究。文中针对铸钢接管横焊的要求设计了焊剂带约束电弧超窄间隙横向焊装置,将这种焊接装置应用于铸钢接管进行工艺试验,研究了焊接工艺参数对坡口侧壁根部熔合的影响,对铸钢接管焊接接头的显微组织及显微硬度进行分析。结果表明,超窄间隙横向焊过程中电弧电压控制坡口上侧壁熔深,焊接电流和焊接速度共同决定了焊丝的熔化量,过大过小都会使侧壁熔合不良;利用超窄间隙焊热输入小的优势,防止焊接接头组织软化。     

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     

焊剂带约束电弧超窄间隙横焊焊缝成形

焊剂带约束电弧超窄间隙焊接新方法,其电弧可同时加热坡口根部两侧壁,实现4.5 mm宽直坡口的单道多层焊接。改变工艺参数,进行超窄间隙焊横向对接的系列焊接试验。实现壁厚为60 mm的多层单道超窄间隙对接接头。结果表明,焊接电压影响焊缝上侧壁熔深,焊接电流和焊接速度决定焊丝的熔化量,二者合理匹配可使熔池的下塌量降至最小。超窄间隙焊接熔池小,固液接触面相对较大,其表面张力容易平衡熔池的重力,可以防止横向焊接的熔池下塌缺陷。     

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.     

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.     

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.     

焊接工艺参数对超窄间隙焊接热裂纹的影响

超窄间隙焊接中热裂纹是一种很容易出现的缺陷,采用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接试验,通过改变焊接工艺参数和间隙宽度,研究其对热裂纹的影响.结果表明,焊缝成形系数与热输入和焊缝成形系数与间隙宽度的匹配关系是决定热裂纹的主要因素.在较小的焊缝成形系数和较大的热输入量下热裂纹倾向较大,并且随着间隙宽度的减小,焊缝中热裂纹倾向明显增加.当焊缝成形系数增大到临界值时焊缝中不产生热裂纹,且临界值随热输入量的增大而逐渐增大,随间隙宽度的增大而逐渐减小.     

焊剂带在超窄间隙电弧区的位置与约束电弧的关系

当超窄间隙中用于约束电弧的焊剂带与电弧具有不同的相对位置时,焊剂带会对电弧产生不同的约束效果,因而焊剂带在电弧区的位置是约束电弧的关键.通过分析焊剂带在电弧区的位置,结果表明焊剂带在电弧区有效约束电弧应满足三个位置条件,即在电弧横向焊剂带应紧贴两侧壁;在电弧长度方向焊剂带应具有合适的焊剂带作用长度;在超窄间隙纵向焊丝端...     

Influences of welding conditions on the constricted TIG arcs

We investigate, how welding conditions affect the arc in TIG welding with a constricted nozzle by numerical simulation using an axial-symmetric two-dimensional model. When helium is used as a shielding gas, the effect of the constricted nozzle is more remarkable than argon. The heat flux to the centre of the anode surface increases more with a higher welding current. This feature is suitable for pulsed welding. Even if an electrode is consumed and its tip angle is changed, a stable arc plasma and heat intensity are obtained.     

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.     

焊剂带在其约束电弧中的位置与其电位相关性分析

焊剂带遮电弧中的位置是约束电弧的关键,并决定着电弧的加热特性.为了能够更好地将焊剂带约束的电弧应用于超窄间隙焊接,通过采集相当于电弧探极的焊剂带上的电压波形,对焊剂带在电弧中的位置进行了分析.结果表明,通过采集焊剂带电压波形并根据电压波形值的大小,可判断出焊剂带在电弧区的位置及熔化的焊剂带向熔池中过渡的方式.增加焊剂带距电弧中心距离,会使焊剂带在电弧区的位置发生改变,同时还减小了弧柱对焊剂带的加热效果及熔滴与焊剂带接触的频率.此外,测得了电弧区不同焊剂带电位所对应的焊剂带位置.     

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.     

焊接电弧与活性组元对TIG焊熔池形貌影响的数值模拟

通过对FLUENT软件进行二次开发,建立了焊接电弧和焊接熔池模型,模拟分析了不同活性组元O元素含量下定点和移动TIG焊熔池形貌变化,对比了氩弧和氦弧的电弧参量及其对熔池形貌的影响.结果表明,由活性组元O元素含量变化导致的熔池内Marangoin对流变化是熔深增加的主要因素;在氩弧下,来自于电弧的气体剪切力对熔池形貌有较大影响;与氩弧相比,氦弧明显收缩,电流密度更大,更多的热量传递到熔池,增大了电磁力引起的内对流运动,可获得更深熔深.焊缝深宽比的模拟结果与试验结果吻合较好.

Abstract：

Welding arc and weld pool modeh were established by FLUENT software for spot and moving TIG welding of SUS304 stainless steel to investigate the effect of the surface-activating element oxygen on the weld shape and analyze the properties of argon arc and helium arc and their effects on the weld shape. The results show that the change of the Marangoni convection induced by different oxygen contents can be considered as one of the principal factors to increase penetration. The plasma drag force from the argon arc has obvious effect on the weld shape. Compared with the argon arc, the hehum arc is more constricted, the welding current density is much greater and the much more heat flux is transferred into the weld pool, which increase the inward convection induced by the electromagnetic force, thus the deeper weld depth can be obtained.The calculated weld D/W ratio agrees with that of the experiment.