双丝共熔池窄间隙MAG焊方法的工艺研究

采用交替脉冲,对双丝共熔池窄间隙焊进行工艺试验,研究了焊接参数对焊缝成形和电弧稳定性的影响.结果表明:双丝共熔池窄间隙焊焊缝成形良好,大规范时也不会形成指状熔深;但只有在送丝速度大于10 m/min的大规范区间,才能够避免侧壁咬边,调节焊接速度并不能消除侧壁咬边.随着双丝与侧壁间距的缩小,焊接稳定性下降,为保证焊接过程的稳定,焊丝与侧壁的间距应该大于2.5 mm;随着双丝前后间距的加大,焊接稳定性下降,甚至发生断弧,双丝前后间距小于10 mm时,电弧稳定无飞溅.     

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.     

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

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。     

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.     

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.     

双丝脉冲MAG焊的熔滴过渡及工艺特征

搭建了并列式双丝脉冲MAG焊工艺试验系统,通过双丝脉冲协调控制器连接试验所用的两台电焊机,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄．应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响．确定了最理想的脉冲峰值一基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11mm为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离．结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加．     

双丝脉冲MAG焊两种电流相位关系的焊接行为分析

基于高速摄像和电信号分析系统,采集了一定焊接工艺参数下高速脉冲双丝MAG焊接过程的电信号,并对焊接过程中的熔滴过渡方式以及电弧形态进行了高速摄像观察.结果表明,前丝、后丝脉冲电流交替变化时,前丝、后丝电弧形态分别为单丝工作时的钟罩形,显示前后丝电弧间基本没有影响;当前丝、后丝脉冲电流同步变化时,前后丝电弧合并为一个寿桃形电弧,分析指出前后丝电弧形态彼此间的吸引力是造成电弧形态合并的根本原因.不同脉冲电流频率下的焊缝显示,双丝脉冲MAG焊接过程中,前丝、后丝脉冲电流同步变化时,焊缝成形较好,但焊接过程声音较大并伴随较大烟尘;前丝、后丝脉冲电流交替变化时,焊缝成形一般,焊接过程声音柔和且产生较少烟尘.     

铝/钢双脉冲MIG熔-钎焊中电弧作用方式对焊缝成形与力学性能的影响

进行了6061铝合金/304不锈钢异种金属板材双脉冲MIG熔-钎焊搭接试验,利用高速摄像和电信号同步采集系统对焊接过程中的电弧形态和电信号进行了采集,研究了电弧作用方式(焊枪倾角与电弧作用位置)对焊缝成形和接头力学性能的影响.结果表明,电弧作用方式的不同对电弧形态、焊缝成形和接头力学性能有显著影响,焊枪前倾角为20°,侧倾角为0°时,焊缝成形对电弧位置的变化敏感;焊枪前倾角为20°,侧倾角为20°时,焊缝成形对电弧位置变化不敏感.前者电弧作用方式下,焊丝末端距铝钢搭接处距离为L. L=-1,0,1 mm时,接头具有较高抗剪强度;后者电弧作用方式下,L=0,1 mm时,接头具有较高抗剪强度.电弧作用位置是影响接头抗剪强度的关键因素,它也会影响金属间化合物层的厚度.对双脉冲MIG焊焊接过程中电弧作用方式对焊缝成形影响的研究有助于对铝钢异种金属焊接过程中的热量分配进行有效控制.     

三丝间接电弧焊电弧形态及焊缝成形分析

气体保护三丝间接电弧焊是一种新型的焊接方法，电弧建立在主丝与边丝之间，工件不连接电源.文中建立了稳定的三丝间接电弧，针对焊缝侧壁熔合问题，分析了不同焊丝分布方式产生的电弧形态对侧壁熔合的影响；针对焊缝层间熔合问题，采用后置钨极的方法实现了焊缝层间熔合.结果表明，主丝与边丝送丝速度与熔化速度相匹配，可建立稳定的三丝间接电弧；焊丝分布Ⅳ沿焊接方向的电弧偏向两侧壁，垂直于焊接方向的电弧形态集中，电弧稳定性好，可实现焊缝侧壁均匀熔合，熔合深度为1~1.2 mm；施加后置钨极，可实现焊缝层间熔合，焊缝抗拉强度为420 MPa，断裂位置发生在母材.     

三丝GMAW不同电流配比对焊缝成形的影响机理研究

三丝GMAW是一种有效提高焊接速度的焊接方法,但电流配比对最后的焊缝成形具有重要的影响,焊接工艺实验表明适当提高引导弧的电流有利于形成形态良好的焊缝。本文针对三丝电流配比对焊缝成形的影响,采用数值模拟方法,研究了不同电流配比对焊缝成形的影响机理,揭示了三丝GMAW不同电流配比下的熔池形态及流动场的不同分布规律。研究结果表明:适当提高引导弧的电流可形成互相连通、熔宽分布均匀的三丝GMAW共熔池,有利于形成明显的"推-拉"流动方式,减缓熔池的后退效应,降低凝固速度,增强焊接过程的稳定性,有利于形成均匀一致的焊缝。     

快速行走TIG焊接时熔透信号的提取及分析

焊接熔池的振荡特性,可以做为焊缝的熔透信号。在脉冲电弧力作用下,熔池金属产生振荡,当电弧快速行走时,外加横向磁场控制电弧,可靠地提取出熔池振荡信号。检测发现,熔池振荡频率与熔池尺寸之间存在着良好对应关系,实验焊接速度达到200mm/min 以上.     

多电弧埋弧焊共熔池温度场动态数值模拟

在分析焊接过程中的能量方程、边界条件和焊接热源分布模型的基础上,建立双电弧运动作用下埋弧焊熔池的温度场数学模型,采用有限元方法计算与分析了不同焊接速度、焊接电压对双电弧埋弧焊熔池温度场分布的影响规律,得出了不同焊接速度、焊接电压参数下对应的熔池形态特征,为双电弧焊高速埋弧焊过程焊缝成形因素分析及工艺优化提供了基础.     

激光深熔TIG复合焊电弧特性及熔池行为的研究

对10 mm的Q345B板进行光纤激光与深熔TIG旁轴复合焊接实验,探究激光与电弧的最佳复合方式,利用高速摄像系统观测电弧形态和熔池行为的变化,并分析激光对电弧和熔池的影响机制。实验结果表明:焊枪垂直,激光倾斜30°的复合方式所得到的焊缝熔深最大。复合焊接利用激光增强熔池金属流动的特性弥补了深熔TIG高速焊接焊缝无法成型的缺陷。     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊

采用嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊进行了控制试验,开环状态焊接,主路电弧和旁路电弧的相互影响,旁路弧长不稳定,旁路电流会发生剧烈跳变,使焊接过程不稳定,存在焊接缺陷,焊缝成形差.基于弧压反馈的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可以实时反馈旁路弧压,调整旁路送丝速度,控制旁路弧长稳定,确保焊接过程稳定;基于电流控制的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可实时反馈旁路电流,判断电流变化趋势,对旁路电流进行适时调整,保证母材电流稳定.采用嵌入式控制系统同时控制旁路送丝和旁路电流,可保证焊接过程稳定进行,避免产生焊接缺陷,焊缝成形良好.     

防飞溅剂对焊接过程的影响分析

针对焊接防飞溅剂在实际应用中可能出现的使用过量或局部累积现象进行了表面堆焊试验研究，分析不同类型、累积量的防飞溅剂在焊接过程中的状态变化及其对焊接过程中熔池流动性、电弧稳定性以及焊缝成形的影响。结果表明，油基防飞溅剂累积量一旦大于0.045 mL/cm2，便会有部分防飞溅剂进入熔池，从而降低熔池的流动性，导致焊丝液态熔敷金属堆积在电弧的后方，同时防飞溅剂会与电弧直接接触。水基防飞溅剂在电弧高温和压力的作用下会向前推进并迅速挥发，即使累积量为0.227 mL/cm2仍不会进入熔池，因此并不会影响熔池的流动性。水基防飞溅剂对应的电弧稳定性明显优于油基防飞溅剂，特别是当累积量小于等于0.09 mL/cm2时，这种差距最为明显。两类防飞溅剂作用下，焊缝整体成形基本一致，仅焊缝熔深较无防飞溅剂的降低约0.5 mm，而焊缝余高和熔宽并无明显变化。     

送丝速度对三丝间接电弧焊稳定性及焊缝成形的影响

三丝间接电弧焊是一种新型的间接电弧焊方法,由2个焊接电源和3根焊丝组成,工件不连接电源,电弧建立在焊丝之间。3根熔化极焊丝对于建立稳定的焊接过程提出巨大挑战,确定稳定的焊接工艺参数区间十分必要。文中主要分析了送丝速度对电弧稳定性以及焊缝成形的影响,确定了稳定的焊接参数区间。研究表明,焊丝的送丝速度与熔化速度相匹配时可建立稳定的间接电弧;在稳定送丝速度区间,送丝速度的变化对焊接工艺参数波动影响较小,随着送丝速度的提高,电弧摆动范围减小,焊缝熔深增加。     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.     

Nd:YAG激光+脉冲GMAW复合热源焊接参数对焊缝熔宽的影响

通过试验研究了Nd:YAG激光 脉冲GMAW复合热源焊接过程中焊接工艺参数对焊缝熔宽的影响.结果表明,复合热源焊缝熔宽随电弧功率和激光功率的增大而增大,随焊接速度的提高而减小,而光丝间距和离焦量对复合热源焊缝熔宽影响相对较小.复合热源焊缝熔宽远大于激光焊缝熔宽而仅稍大于脉冲GMAW焊缝熔宽,说明在复合热源焊接过程中脉冲GMAW决定焊缝熔宽,这主要是由于激光束加热区域远小于电弧加热区域造成的.试验结果的分析比较还表明,在激光 电弧复合热源焊接过程中激光功率的增大还极大地提高了焊接速度.