碱性药芯焊丝熔滴过渡特性及工艺性分析

利用高速摄像和汉诺威弧焊分析仪,在富氩气体保护条件下,在不同的焊接参数下对3种碱性药芯焊丝样品进行了测试和分析. 结果表明,较小焊接参数时,熔滴过渡形式为粗熔滴排斥过渡,电弧稳定性差,飞溅大;随着焊接参数的增大,熔滴过渡逐渐转变为细熔滴过渡,过渡过程趋于稳定. 熔滴受到较大的排斥力以及熔体的表面张力大是造成大颗粒飞溅的主要原因,较长的渣柱对熔滴过渡具有导向作用,细化熔滴和形成稳定、较长的渣柱是改善碱性药芯焊丝工艺性的重要途径.     

金属粉芯型药芯焊丝熔滴过渡及飞溅观察分析

采用高速摄影技术对金属粉芯型药芯焊丝的熔滴过渡及飞溅进行观察分析,总结了金属粉芯型药芯焊丝在试验参数下的熔滴过渡类型和特征以及飞溅类型和特征,阐述了熔滴过渡特征以及飞溅特征产生的原因．结果表明,采用100％CO2气体保护时,焊接过程中电弧电压波动较大,熔滴过渡不稳．以排斥过渡为主,少量细颗粒过渡和爆炸过渡,焊接飞溅大;采用5％CO2＋95％Ar保护时,熔滴过渡为单一射滴过渡,熔滴过渡平稳,电弧稳定,焊接飞溅小;金属粉芯型药芯焊丝飞溅形式主要包括：气泡放出型飞溅、缩颈飞溅、熔滴爆炸飞溅以及电弧力引起的飞溅．     

不锈钢的药芯焊丝焊接过程中熔滴过渡行为分析

采用高速摄像与电信号同步分析系统分析不锈钢药芯焊丝焊接过程中的熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,当电流为150 A时,焊接时容易出现短路过渡,引起飞溅,电弧形态不太稳定,主要过渡方式为非轴向大滴排斥过渡;随着电流增大,电弧趋于稳定,飞溅明显减少,表面张力对熔滴过渡起一定作用;当电流达到240 A时,无短路过渡现象发生,几乎无飞溅产生,电弧形态基本保持不变,焊接过程稳定。焊接过程中焊丝与熔池间形成的渣柱有助于熔滴脱离焊丝进入熔池。     

钛型气保护药芯焊丝的电弧行为、冶金特性及其工艺质量

本文分析了钛型渣系气保护药芯焊丝的电弧行为和化学冶金过程,探讨了药芯焊丝的焊接飞溅及焊缝中气孔工艺质量问题。结果表明,药芯焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥过渡,焊丝的电弧形态属于活动、连续型,焊丝熔滴过渡受主导力控制。焊丝的焊接化学冶金过程是分区连续进行的。药芯焊丝熔滴过渡中伴随渣柱,以及渣柱直接进入熔池现象,可能导致焊接化学冶金反应不完全和;台金过程的新变化。药芯焊丝的焊接飞溅主要发生在非轴向排斥过渡的熔滴与焊丝之间的缩颈处,提出通过熔滴过渡指数控制焊接飞溅新观点。当气体从焊缝金属中逸出被阻止于焊缝中或被困于熔渣下面,就分别形成了气孔和表面压坑,提出了通过电弧中熔滴吸收氢的总重量控制焊缝中气孔的新思路。     

药芯焊丝电弧焊熔滴过渡与焊接飞溅

针对不同焊接参数下SQJ501型、SQJS07型和SQJ50MX型药芯焊丝电弧焊的熔滴过渡行为进行了拍照,并对焊接飞溅进行了测量,研究药芯焊丝电弧焊的熔滴过渡行为及其焊接飞溅的基本规律.试验结果表明:三种药芯焊丝随着焊接参数的增大,均依次发生短路过渡、大滴排斥过渡和细颗粒过渡.SQJ501型和SQJS0MX型药芯焊丝电孤焊电弧形态呈锥形,SQJS07型电弧形态接近于钟形.SQJ507型药芯焊丝出现细颗粒过渡的焊接参数比其他两种焊丝大.焊接工艺参数以及焊丝种类影响了熔滴过渡行为进而影响焊接飞溅,细颗粒过渡时产生的飞溅最小.     

金属粉芯型药芯焊丝电弧物理特性观察

金属粉芯型药芯焊丝的电弧特性严重影响着熔滴过渡及飞溅。本文利用高速摄像机对焊接过程的熔滴过渡进行了拍摄,分析了金属粉芯型药芯焊丝熔滴过渡类型随焊接参数的变化规律、熔滴过渡机理、飞溅特征等。分析表明:随着焊接参数逐渐增加,焊丝熔滴过渡类型依次为:短路过渡、排斥过渡、颗粒过渡,其中颗粒过渡频率较高,电弧稳定性较好,是金属粉芯型药芯焊丝的理想过渡模式;金属粉芯型药芯焊丝焊接飞溅类型主要有:气泡放出型飞溅、电弧力飞溅、爆炸飞溅、熔池飞溅。     

M弧电流对Tri-Arc双丝电弧焊熔滴过渡形态影响

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因.结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定.M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定.M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定.焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

1. 佳木斯大学 材料科学与工程学院，佳木斯 154007; 2. 深圳瑞凌实业股份有限公司，深圳 163000; 3. 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因. 结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定. M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定. M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定. 焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

基于表面张力的氧化物组分及含量对焊接飞溅的影响

借助药芯中各氧化物化学键能的不同改变其表面张力,研究了自保护药芯焊丝药芯中氧化物组分及含量对飞溅的影响规律,并通过高速摄像记录了其熔滴过渡和飞溅情况。研究结果表明,药芯中氧化物组分及含量的变化引起了其表面张力变化,对熔滴过渡特征有重要影响,进而对焊接飞溅产生影响。表面张力较小时发生排斥过渡小颗粒偏飞型飞溅;表面张力较大时发生短路过渡电爆炸型飞溅;该试验条件下,通过调节药芯中金红石、锆英砂、镁铝粉的含量,药芯的表面张力达到一个最佳值,焊接时发生弧桥并存过渡液桥爆断型飞溅,此时飞溅率较小。     

药芯焊丝CO2气体保护焊熔滴过渡形态观察分析

采用高速摄影技术和汉诺威焊接参数分析仪,对国内外代表性的药芯焊丝CO2焊的熔滴过渡过程、电弧行为、飞溅、烟雾等电弧物理现象进行了大量的观察,总结了各种药芯焊丝熔滴过渡形式和电弧行为的特点,对各种过渡形式工艺性进行了初步评价.     

Study on metal transfer modes and welding spatter characteristics of self-shielded flux cored wire

Abstract

The metal transfer behaviour of self-shielded flux cored wire and the resultant welding spatter were investigated by using a high speed camera. Three modes of metal transfer were found, i.e. bridging transfer without arc interruption in explosive form or by surface tension, globular repelled transfer and droplet transfer, while the former two modes played a key role in the weld metal transfer. Correspondingly, the bridge explosion, discontinuous globular repelled process and the misalignment of droplets transfer were the main factors causing the welding spatter.     

焊接极性对水下高压干法GMAW影响分析

通过环境压力为0.1~2.0 MPa的水下高压干法熔化极气体保护焊(GMAW)试验,比较了直流反接与直流正接焊接过程特点.结果表明,直流反接时,当压力超过0.2 MPa后开始出现少量飞溅,随着环境压力增加,飞溅数量逐渐增多而尺寸逐渐减小.直流正接时,当环境压力大于0.4 MPa后,焊接过程稳定,几乎无飞溅产生.通过高速摄像分析总结了直流反接产生两种飞溅形式及其特征.熔滴偏离型飞溅是伴随着排斥过渡产生的;熔滴反弹型飞溅是由于熔滴接触母材后受向上方向电磁力作用,脱离母材而产生的,并分析了直流正接时飞溅较小的原因.     

药芯焊丝电弧焊电弧形态与熔滴过渡行为的研究

基于数码照相技术研究了CO2保护气氛下,渣系和焊接参数对药芯焊丝电弧焊（FCAW）电弧形态和熔滴过渡行为的影响。研究发现,酸性及金属芯渣系药芯焊丝在所有焊接参数下电弧扩散角相差不大,碱性渣系药芯焊丝因药芯中含大量消电离元素,大焊接参数下电弧扩散角比其它两种渣系小;金属芯药芯焊丝大焊接参数下发生“半潜弧”,可见弧长显著缩短。随着焊接参数增大,酸性,碱性,金属芯药芯焊丝均依次出现如下熔滴过渡类型;短路过渡、大滴排斥过渡、细颗粒过渡,均未发生喷射过渡。     

极性对细直径自保护药芯焊丝CMT下熔滴过渡及焊缝成形的影响

自保护药芯焊丝广泛应用在野外焊接及修复领域中,其中在野外薄壁管道的焊接中,减少母材热输入,保证焊接质量具有重要意义. 因此探索了适用于野外薄壁管道焊接的细直径自保护药芯焊丝CMT技术,利用电信号采集系统和高速摄影系统,对比分析了不同极性下的熔滴过渡过程. 结果表明,在不同极性下,熔滴过渡表现为混合过渡模式. 在直流反接条件下,峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为大滴排斥过渡. 在直流正接条件下时,峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为射滴过渡,相比于直流反接条件,焊缝的熔深较浅,余高较高,熔宽较宽. 焊接参数的增大,并未改变熔滴过渡的模式. 爆炸型焊接飞溅主要出现在直流正接条件下的短路阶段中. 排斥型飞溅主要出现在直流反接条件下的峰值阶段中.     

A novel molten wire tungsten inert gas welding process

ABSTRACT

A novel molten wire tungsten inert gas welding process was presented. In this process, a welding arc is used to melt the workpiece, and a melting arc is used to melt the feeding wire. Metal transfer is separated from the melting of the wire and the workpiece, and the arcs are stable no matter the droplet transfer mode is spraying or globular. The spatter rate in the process is close to zero. Mechanical properties of low carbon steel joint bonded with this process are superior to those bonded with the metal inert gas welding process.     

基于熔滴过渡理论的药芯焊丝工艺质量控制

介绍了气保护药芯焊丝熔滴过渡理论的基本概念,探讨了药芯焊丝熔滴过渡的影响因素,研究了药芯焊丝焊接飞溅和焊缝中气孔（压坑）控制机理。结果表明,这类焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡,焊丝的电弧形态属于活动、连续型。焊丝熔滴过渡受主导力的控制,随焊接参数（电流）变化,熔滴过渡的主导力发生变化,致使熔滴过渡指数和过渡形态改变。影响熔滴过渡的主要因素是：药芯组成物、焊丝截面形状、焊丝直径和铜带厚度以及焊接工艺参数等。提出了控制焊接飞溅新观点,即控制熔滴尺寸是必要条件,而控制“熔滴大角度过渡次数”“熔滴存在时间和过渡间隔均匀性”“熔滴依附渣柱过渡次数”等指数是充分条件,两者缺一不可。在控制焊缝中气孔（压坑）机理方面,发现细熔滴过渡时气孔（压坑）倾向大,促使熔滴细化的药芯组成物和工艺参数都具有增大气孔（压境）倾向的作用。     

大电流MAG焊旋转喷射过渡中的熔滴失稳分析

旋转喷射过渡是大电流MAG焊的主要过渡形式。采用高速摄像法对大电流MAG焊旋转喷射过渡进行了研究，发现了一种瞬态不稳定现象：保护气体中含有CO2组分时，旋转喷射过渡中存在随机产生的熔滴非轴向排斥过渡，这种瞬态非轴向排斥过渡是稳定旋转喷射过渡中的不稳定干扰，是产生焊接飞溅的原因。通过理论计算，对产生该现象的机理进行了分析，指出旋转喷射过渡中发生非轴向排斥过渡的前提是焊丝端头液锥的消失，斑点力和金属蒸汽的反作用力是造成熔滴失稳上翘的主要原因，等离子流力是大电流MAG焊中产生的排斥过渡有别于一般CO2焊排斥过渡的主要原因。     

Obtaining residual stress along weld beads by means of analytical and experimental methods

In CO₂ arc welding of solid wire, metal transfer phenomena and spatter generation are investigated with rectangular pulse current, and a low spatter CO₂ arc welding process with high frequency pulse current is developed. The optimal conditions of high frequency pulse CO₂ arc welding are in the range of peak current: 450–550 A and pulse frequency: 450–750 Hz. These high frequency pulse currents have the effect of droplet oscillation due to resonance between applied pulse frequency and the natural frequency of the droplet. The droplet is transferred consistently every 9–11 pulses and the average interval of metal transfer is about 16 ms which is reduced to half that of conventional CO₂ arc welding. This average droplet weight is 34 mg, showing a large reduction in comparison with that of the conventional method. As a result, total spatter weight is reduced by 70% in comparison with the conventional method, and especially, large spatters more than 0.5 mm in diameter are reduced from 1.5 to 0.2 g/min.