渣金间辅助外电场提高焊接工艺稳定性分析

为探索焊接过程实现高稳定性工艺的潜在途径,最大限度地减少重要钢结构制造中焊缝咬边及成形缺陷带来的焊后返修工作,提出并试验了一种利用埋弧焊渣金间随焊施加辅助外电场对渣金电导载流进行导流,进而提高焊接工艺稳定性的方法,并应用焊接电信号分析仪对弧压信号进行了采集统计分析.结果表明,以钨电极作阴极利用电场在渣金熔体内部形成稳定的电导载流,可使熔渣电导性能得以改善,并引导电子进入电弧阴极中心以增强电弧的集聚程度.同时外电场作用也使渣金内部的带电粒子形成有序运动并在界面结合成低表面能的活性氧化物,又可改善液态熔渣在焊缝金属表面的润湿铺展性能.实施辅助电场引入的这些有益作用使焊缝形状、表面光洁度、尤其是焊缝边缘平直均匀性得到较好地改观,焊接过程工艺稳定性得以进一步提高.     

焊缝金属氧化物夹杂的尺寸及分布辅助外电场控制法

提出了一种在埋弧自动焊熔渣-熔池间随焊施加一辅助外电场,利用外电场控制熔体内部离子流进而控制焊缝氧化物夹杂尺寸及其分布的方法,并以直流电源提供的电压作为外电场开展了初步试验研究.结果表明,以钨材作外电场的阴极向液态熔渣内部补充大量的自由电子可极大地改善液态熔渣的导电性能,有效地诱导熔体内部形成稳定的定向离子流;外电场作用于熔渣-熔池通过使熔体内部复合粒子的进一步电离,正负离子形成互为逆向的离子流并在界面产生电化学反应以减少氧化结合的机会,因而有利于夹杂物的细化及弥散分布;同时外电场也可促使熔池内部自由氧离子电迁移至渣-金界面,并在界面优先与熔渣中氧化物形成元素结合进入熔渣从而削弱熔渣对熔池金属的氧化作用,使焊缝金属的氧含量显著降低.     

不锈钢焊条焊接熔渣及与焊条工艺质量的关系

采用电弧观察、熔渣结构分析、平板堆焊等试验方法,研究不锈钢焊条焊接熔渣形成、特性以及与焊条工艺质量的关系.结果表明,焊条电弧区形成的包覆熔滴熔渣和套筒内壁熔渣,在熔滴与包覆熔渣间,以及熔滴与套筒内壁间发生的冶金反应,控制电弧形态和熔滴过渡形态,进而控制焊条诸如稳弧性、焊接飞溅、焊缝中的气孔等工艺质量.进入熔池反应后覆盖焊缝的熔渣特性(含高温和固态结构),控制焊缝成形、脱渣性及气孔等工艺质量.后段焊条药皮温升,将导致两种现象:一是药皮内层局部熔化,在药皮内层与焊芯间形成结合层,药皮不脱落,焊条工艺稳定性完好;二是药皮内层未局部熔化,在药皮内层与焊芯问未形成结合层,药皮开裂或脱落,焊条工艺稳定性变坏,严重时被迫停焊,剩余焊条报废.     

焊接材料及其生产设备

20092086不锈钢焊条焊接熔渣及与焊条工艺质量的关系/孙咸//焊接.-2008(10):5~8采用电弧观察、熔渣结构分析、平板堆焊等试验方法,研究不锈钢焊条焊接熔渣形成、特性以及与焊条工艺质量的关系。结果表明,焊条电弧区形成的包覆熔滴熔渣和套筒内壁熔渣,在熔滴与包覆熔渣间,以及熔滴与套筒内壁间发生的冶金反应,控制电弧形态和熔满过渡形态,进而控制焊条诸如稳弧性、焊接飞溅、焊缝中的气孔等工艺质量。进入熔池反应后覆盖焊缝的熔渣特性(含高温和固态结构),控制焊缝成形、脱渣性及气孔等工艺质量。后段焊条药皮温升,将导致两种现象:一是药皮内层局部熔化,在药皮内层与焊芯间形成结合层,药皮不脱落,焊条工艺稳定性完好;二是药皮内层未局部熔化,在药皮内层与焊芯间未形成结合层,药皮开裂或脱落,焊条工艺稳定性变坏,严重时被迫停焊,剩余焊条报废。图4表2参620092087颗粒度对E4303电焊条性能影响/顾玲燕…//焊接学报.-2008,29(10):50~52,56以E4303电焊条药皮配方中中碳锰铁合金为研究对象,取三种不同颗粒度的中碳锰铁制备E4303电焊条。对制备的电焊条分别进行了主要焊接工艺性能测试、熔敷金属的微观组织观...     

焊接材料及其生产设备

20092086不锈钢焊条焊接熔渣及与焊条工艺质量的关系/孙咸//焊接.-2008(10):5~8采用电弧观察、熔渣结构分析、平板堆焊等试验方法,研究不锈钢焊条焊接熔渣形成、特性以及与焊条工艺质量的关系。结果表明,焊条电弧区形成的包覆熔滴熔渣和套筒内壁熔渣,在熔滴与包覆熔渣间,以及熔滴与套筒内壁间发生的冶金反应,控制电弧形态和熔满过渡形态,进而控制焊条诸如稳弧性、焊接飞溅、焊缝中的气孔等工艺质量。进入熔池反应后覆盖焊缝的熔渣特性(含高温和固态结构),控制焊缝成形、脱渣性及气孔等工艺质量。后段焊条药皮温升,将导致两种现象:一是药皮内层局部熔化,在药皮内层与焊芯间形成结合层,药皮不脱落,焊条工艺稳定性完好;二是药皮内层未局部熔化,在药皮内层与焊芯间未形成结合层,药皮开裂或脱落,焊条工艺稳定性变坏,严重时被迫停焊,剩余焊条报废。图4表2参620092087颗粒度对E4303电焊条性能影响/顾玲燕…//焊接学报.-2008,29(10):50~52,56以E4303电焊条药皮配方中中碳锰铁合金为研究对象,取三种不同颗粒度的中碳锰铁制备E4303电焊条。对制备的电焊条分别进行了主要焊接工艺性能测试、熔敷金属的微观组织观...     

TIG-MIG复合焊电弧特性机理分析

采用TIG-MIG复合焊电弧改善传统单一TIG及MIG焊的不足.基于PID闭环控制,实现恒流恒压外特性输出,从而实现TIG-MIG电弧复合.研究了复合电弧的电弧特性、熔滴过渡形式及不同极性接法对焊缝的影响.结果表明,TIG焊电弧对MIG焊电弧具有良好的维弧作用.TIG-MIG焊电弧复合熔滴过渡过程,TIG焊电弧稳定燃烧,为了保持最小的能量消耗而作用于熔滴上,对熔滴具有加热作用.直流反接具有良好的阴极雾化清理作用.TIG-MIG焊电弧复合能够有效降低焊接飞溅,促进焊缝铺展及成形,实现高效化、优质化的焊接.     

ZGOCr13Ni5Mo不锈钢不同比例保护气体焊接工艺研究

针对纯Ar气体保护焊焊接不锈钢时,焊接过程中的阴极斑点飘移现象,以及不锈钢的润湿性、流动性较差等原因,在焊缝中极易形成咬边、两侧熔合不良等焊接缺陷.采用加入一定量的氧化性气体对焊接接头的化学成分、缺陷率和力学性能进行研究分析.结果表明,采用Ar+2％O2和Ar+ 10％CO2保护气体焊接后,可以克服阴极斑点飘移,提高电弧稳定性,同时改善熔池形状,增加熔化金属流动性,从而减少了气孔、未熔合等缺陷,并且随着氧化气体的比例增加造成焊缝中的夹渣增加,并带来接头塑性和韧性的下降.     

高强铝合金激光辅助TIG电弧复合焊接工艺及接头性能

采用填丝TIG电弧焊、激光辅助TIG电弧复合焊2种焊接工艺进行了2014铝合金焊接试验,研究了焊接工艺与接头组织和性能的相关性.试验结果表明:与填丝TIG焊相比,激光辅助TIG电弧复合焊可以显著降低TIG电弧功率,减少热输入,细化焊缝组织,减少晶界共晶组织宽度,可有效减少甚至消除焊缝熔合区气孔缺陷,其焊接接头的力学性能、接头强度和塑性均得到增强.断口的SEM形态显示:2014铝合金激光辅助TIG电弧复合焊接头断口有大量韧窝存在,呈韧性断裂.     

磁控Plasma-FCAW水下复合焊工艺焊缝成形分析

磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊（plasma-flux cored arc welding,Plasma-FCAW）作为一种新型水下高效焊接方法被提出,通过特殊焊炬结构设计实现了两种独立焊接工艺的优势互补. 针对复合焊接工艺中由于电源极性不同引起的电弧排斥问题,设计了外部磁场用于调控两个电弧间的耦合程度,并研究了主要工艺参数对Q355B钢水下焊缝成形及其截面几何特征的影响. 结果表明,施加的外部磁场能够有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性;药芯焊丝电弧焊（flux cored arc welding,FCAW）电压对水下复合焊接过程稳定性具有显著影响;等离子电流和FCAW电弧电压对焊缝熔深影响较大且等离子电流与熔深间呈近似线性关系;相比于水下FCAW工艺,复合焊工艺焊接熔深提升超过40%,具有更高的焊接效率和焊接稳定性.     

液化石油气钢瓶环缝内咬边的消除

采用接头带衬垫单面焊双面成形的埋弧自动焊焊接工艺焊接液化石油气钢瓶主体环缝,其焊缝根部易产生内咬边缺陷。这是因为在焊接过程中,液态熔渣在电弧搅拌的作用下,随着熔池中熔融金属一起渗入焊缝背面,由于衬垫与瓶体之间装配间隙不当,比重较轻的液态熔渣被     

薄板铝合金激光深熔焊熔池流动数值模拟

针对薄板铝合金激光焊接过程,采用有限体积法开展熔池流动研究.建立了三维焊接熔池流动数学模型,并采用高斯旋转体热源表征激光束的热作用.在考虑与不考虑表面张力作用下,分别计算获得了焊接温度场、熔池流场和熔池形貌.基于计算结果,分析了温度场云纹图、熔池焊接热循环曲线、熔池速度场分布多视图.最后进行相同参数下的激光焊接试验,基于观察获得的焊接接头形貌,综合分析了模拟结果和试验结果.结果表明,所建立的模型和模拟方法是合理可行的.同时考虑Marangoni对流作用所计算得到的熔池和焊缝几何形状更加接近实际焊接接头.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

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.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.     

镁合金低脉冲激光-气体混合焊的熔池形貌演变和多级调控

利用基于COMSOL Multiphysics的脉冲激光-气体钨极电弧（GTA）混合焊接新型双热源模型,分析了焊缝沿线选定点的温度分布,研究了激光脉冲参数和电弧电流对熔池形貌的影响。工艺参数对熔池深度的影响由大到小为：激光激励电流>电弧电流>激光脉冲宽度>激光脉冲频率;工艺参数对熔池宽度的影响由大到小为：电弧电流>激光脉冲宽度或激光激励电流>激光脉冲频率。在此基础上,构建了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌数据库体系,通过复合热源参数的分级调控,以实现对熔池形貌的精准控制。利用T形焊接熔池来验证熔池形貌的调控效果,结果表明控形的准确度高至95.1%。