焊接工艺参数对焊缝成形和组织性能的影响

通过试验分析了低碳钢、不锈钢焊条电弧焊工艺参数对其焊缝成形和组织性能的影响。结果表明,低碳钢焊条电弧焊随线能量的增加,焊缝的熔深熔宽增大,晶粒逐渐粗大,在过热区产生晶粒特别粗大的魏氏体组织,其硬度值在熔合区最高;不锈钢焊条电弧焊线能量的增加,焊缝的熔深、熔宽增大,焊缝组织晶粒逐渐粗大。     

不同压力条件下水下局部干法焊接的研究

通过压力舱模拟不同的环境压力来研究不同压力条件下的水下局部干法焊接。主要采用焊接电流的波形来分析压力对水下局部干法焊接电弧、焊缝成形的影响。同时分析了在相同的压力条件下,保护气体对水下焊丝局部干法焊接的影响。结果表明:环境压力会使水下局部干法焊接的电弧不稳定,使焊缝的成形变差,当环境压力小于0.4 MPa时,随着压力的增大,熔深和余高逐渐增大;而当环境压力超过0.4 MPa后,随着压力的增大,熔深和余高则开始有所减小,但熔宽始终随着压力的增大而减小。相对于CO2而言,Ar与CO2混合气体可以在一定程度上增加电弧的稳定性,可以在一定程度上减缓由压力带来的不良影响。     

水下高压干式环境下压力及焊接参数对GMAW焊缝成形的影响

开展水下高压干法焊接试验研究,在焊接过程相对稳定的情况下,以环境压力、焊接电流、保护气成分、焊丝伸出长度为变量,探索其对于焊缝截面成形的影响规律. 采用正交试验方法,通过试验确定了焊缝熔深、熔宽及余高随上述变量的变化规律. 结果表明,随着环境压力增大,焊接飞溅增多,熔深增加,熔宽减小,余高增高;高压环境下,随着焊接电流增大,熔宽没有明显变化,熔深增加,余高略有增加;随着保护气中CO₂比例的增加,熔深减小,熔宽增加,余高变化不明显;随着焊丝伸出长度增加,熔深减小,熔宽增加,余高增加.     

核电厂水下TIG焊炬设计及焊接工艺研究

针对核电厂水下定位销的更换及安装，为了得到高质高效的自动化焊接方法，通过自行设计的局部干法水下TIG焊枪在水中对控氮不锈钢管板结构进行焊接。首先对局部干法水下TIG焊炬进行结构设计，并采用ANSYS进行焊炬的流体仿真模拟，优化进气口位置、进气方式等并验证其排水效果，研究了焊接工艺参数对水下TIG焊缝成形的影响规律，并对水下TIG焊接焊缝的力学性能进行了测试。结果表明，经过优化，此焊炬在水下焊接时通气3 s后便可得到稳定的局部干燥空间，避免了水环境对焊接过程的干扰。使用此焊枪可以在水下得到均匀连续的焊缝，且焊缝横截面参数随焊接工艺参数变化的规律与陆上焊接相同，但是熔深和熔宽均比陆上焊接的小；同时发现水下焊缝的熔深、熔宽的变化可能是由于水下冷却速度快和低温环境对电弧的热压缩交替作用引起的；焊缝的力学性能与焊接电流成正比，与焊接速度成反比。水下TIG焊接焊缝的力学性能与陆上焊接得到的焊缝相当，甚至略高。     

浅析影响水下焊条电弧焊焊缝质量的因素

水下焊条电弧焊属于水下湿法焊接,与水下干法焊接和水下局部干法焊接相比,具有操作灵活、设备简单和消耗费用低等优点,但焊后的焊缝质量相对较差。本文针对水下焊条电弧焊的环境,介绍了影响焊缝质量的因素,并提出了改善焊缝质量的几点建议,为焊工培训及实际焊接工程提供借鉴。     

水下局部干法CO_2自动焊接工艺参数对焊缝成形规律的研究

采用水下局部干法CO2自动焊焊接方法对16 mm厚16Mn钢进行平板堆焊试验,分析研究了电弧电压、焊接电流、焊接速度和焊枪倾角4个焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,水下局部干法CO2自动焊的熔深主要取决于焊接电流,电弧电压及焊接速度对其影响不大;焊接速度对余高影响不大。前倾焊时,熔深小,焊道平而宽,焊缝美观,容易观察焊道,气体保护效果好;后倾焊反之。     

碱性双熔敷极焊条电弧焊焊接接头形态和组织研究

通过焊接工艺性试验和光学显微组织分析,研究了焊条间隙和焊接电流对低氢钠型双熔敷极焊条间接电弧焊焊接接头形态和组织的影响.研究表明:低氢钠型双熔敷极焊条,在两芯间隙确定的条件下,随着焊接电流的增大,焊缝熔宽、熔深均增大,在焊接电流为160～200 A的条件下焊接时,可获得良好的焊缝成形;相同电流下的双熔敷极焊条电弧焊的焊缝熔合比要比单熔敷极电弧焊的焊缝熔合比明显减小;双熔敷极焊条间接电弧焊焊缝组织主要是针状铁素体、少量的块状铁素体和珠光体组成的柱状晶,熔合区和过热区主要是晶粒粗大铁素体、珠光体晶粒以及部分魏氏组织,随着焊接电流的增大,晶粒均逐渐增大.     

核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.     

1Cr18Ni9Ti电子束焊接工艺参数与焊缝形状的关系研究

以1Cr18Ni9Ti不锈钢为试验材料,进行了多组参数下的电子束焊接试验,均获得了质量优良的焊缝组织。焊接试验结果分析表明：（1）熔深随束流的增加而近似呈线性增加;在低电压、慢焊接速度的热传导焊接情况下,熔宽随束流的增加而近似呈线性增加,但在高电压、快焊接速度的热传导焊接情况下,熔宽随束流的增加而基本保持不变。随着加速电压的增加,熔深也增加,但熔宽没有明显的变化规律。随着焊接速度的增加,熔深、熔宽都有不同程度的减小,但熔深变化更明显。（2）焊缝形状特征参数与线能量之间的关系按加速电压和束流进行分组研究．线能量对熔深、熔宽及深宽比的影响具有一定的规律性。为获得较大的深宽比的焊缝,宜采用较高电压,并匹配合适的束流。要获得大的熔宽,宜在低加速电压下采用较大的线能量。（3）焊缝的显微硬度都达到了母材显微硬度的85％以上,焊缝的显微硬度与焊接工艺参数没有明显的联系。     

局部干法水下激光焊接装置研制及工艺试验

针对核电站乏池边角位置的水下修复需求,研制了一套局部干法水下激光焊接装置,可在实现常规水下平焊位置焊接的同时,重点兼顾角焊缝的局部干法水下焊接作业需求。同时,该装置还具备水下焊接位置的照明、焊接环境和焊接过程的实时监控、焊接区域的温湿度监测等功能。采用研制的局部干法水下焊接装置,对核电站乏池常用的304不锈钢材料进行了水下焊接工艺试验,结果表明：水下焊接焊缝的成形良好,水下焊缝的宏观形貌、截面形貌和金相组织与空气环境成形焊缝无显著差异。     

304不锈钢水下湿法焊接工艺

利用自保护镍带药芯焊丝,对304不锈钢进行水下湿法焊接试验,并分析了焊接接头的微观组织和力学性能. 结果表明,304不锈钢水下湿法焊接过程稳定,飞溅少,成形良好,增加焊接电流会显著增加熔宽,而熔深变化很小,增加焊接电压,熔宽增加,焊缝成形变差且飞溅增多. 焊缝金属由单一的镍基γ-固溶体相组成,焊接接头热影响区存在晶粒粗化现象. 拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值达到450 MPa,呈现为脆性断裂,热影响区硬度因晶粒粗化有所降低.     

焊接参数对旋转电弧MAG焊焊缝成形的影响

基于旋转电弧焊接机器人进行平板堆焊试验,研究了焊接电流、电压、焊接速度及电弧旋转频率对焊缝成形的影响。结果表明:焊接电流增大,熔宽明显增加,熔深和余高也有所增加,熔敷速度增大,成形系数减小,余高系数几乎保持不变;焊接电压增大,熔深和熔宽均有所增加,余高减小,熔敷速度几乎保持不变,余高系数增大,焊缝成形系数先不变后减小;旋转频率增大,熔深有所减小,余高略有减少,熔宽先增后减,成形系数和余高系数均增大;随着焊接速度的增大,熔深、熔宽、余高均减小,熔敷速度呈指数形式下降,成形系数有所增大,余高系数略有增加。     

焊接热输入对30CrMo钢焊接接头力学性能的影响

为了解决30CrMo锻焊曲轴的焊接质量问题,研究了焊接热输入对30CrMo钢焊接接头力学性能的影响规律,并针对焊条电弧焊(SMAW)和CO_2气体保护焊(GMAW)两种方法,找出了适合的焊接热输入范围。结果表明:随着热输入的增加,采用焊条电弧焊和CO_2气体保护焊的焊接接头抗拉强度均呈现下降趋势;采用焊条电弧焊的焊缝区和热影响区冲击功先增加后减小;采用CO_2气体保护焊的焊缝区冲击功减小,而热影响区冲击功先增加后减小;采用焊条电弧焊的热影响区硬度呈下降趋势,采用CO_2气体保护焊的热影响区硬度变化较小;采用两种焊接方法的焊缝区域硬度值总体呈降低趋势。当预热温度为220℃,热输入在8~24 kJ/cm范围内,采用焊条电弧焊和CO_2气体保护焊的焊接接头抗拉强度均能满足要求;热影响区及焊缝区域硬度值均低于350HV,不易产生冷裂纹。该工艺参数范围已成功应用于某30CrMo锻焊曲轴的焊接中,焊接质量良好,满足质量要求。     

水流速和水温对水下湿法焊接工艺性的影响

研究了横向和纵向水流对4种水下焊条焊接工艺稳定性的影响。结果表明,这4种焊条在横向水流中施焊后焊缝均出现了不同程度的偏移,且有一半焊缝无熔渣覆盖;在纵向水流中焊后焊缝熔宽均有不同程度的减小。还研究了这4种焊条在0℃和15℃水中施焊后的焊缝质量。结果表明,TS202A,TS206和Broco在0℃水中的焊缝熔深增加,而TS208的焊缝熔深无明显变化;这4种焊条的熔宽随水温的降低而减小,余高随水温的降低而增大。对比这4种焊条在2种水温下的焊缝金相和硬度发现,TS206在0℃水中施焊后的焊缝组织明显粗大化,硬度也相应升高,而TS208和Broco的焊缝组织和硬度无明显变化。     

双TIG活性电弧焊接工艺

提出双TIG活性电弧焊接方法,采用2支TIG焊枪前后排布,前置焊枪的焊接电流小于后置焊枪,且在前置焊枪保护气中混入少量O2,使电弧具有活性。对5 mm厚SUS304奥氏体不锈钢板进行焊接工艺试验。结果表明,与相同条件下的TIG焊接相比,双TIG活性电弧焊接焊缝熔深明显增加,焊缝表面成形良好;随着O2流量的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽先减小后增加;在保持总电流不变的情形下,随着后置焊枪电流增加(前置焊枪电流减小),焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽持续增加;随着弧长的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽逐渐增加;当钨极间距从3 mm开始增加时,焊缝熔深逐渐减小,熔宽逐渐增加;而随着焊接速度的增加,焊缝熔深和熔宽都减小。O的混入对焊缝组织无明显影响。相比母材而言,焊缝冲击韧性有所下降。该方法能在高于普通TIG焊接速度的条件下实现深熔焊接。 创新点： 提出双TIG活性电弧焊接,2支独立的焊枪在焊接方向的平面内前后排布,前置焊枪焊接电流小于后置焊枪,前置焊枪采用Ar+O2作为保护气体,后置焊枪采用纯Ar作为保护气体,从而使电弧具有活性;在高于传统TIG的焊接速度下,焊缝熔深明显增加,可实现5 mm 厚的不锈钢板完全焊透。 高速焊接时能消除驼峰和咬边等缺陷,明显提高焊接生产率。     

激光焊接参数对不锈钢搭接焊缝性能的影响

激光焊接功率、离焦量是影响激光焊接质量的重要参数,为研究这几种焊接参数对部分熔透激光搭接焊缝成形及拉伸强度的影响,分别进行不同激光功率、离焦量的激光焊接试验,对比分析不同激光参数下,焊缝尺寸及宏观形貌与拉伸强度的变化规律。试验结果表明:随着激光功率的变化,焊缝熔深、熔宽均会发生变化,熔深对焊接参数的变化更加敏感,在一定范围内熔宽随参数的变化不大;随着离焦量由正变负,熔宽与熔深呈相似的变化趋势,激光焦点位于试板表面以下有利于获得更大熔深的焊缝;部分熔透激光焊缝当母材搭接表面位于熔宽稳定区间时,静拉伸强度主要由熔宽决定,并与熔宽呈正比例关系,与熔深关系不大。     

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.     

304不锈钢局部干法自动水下焊接

局部干法水下焊接以其相对经济、灵活的优势,逐渐成为水下焊接中的主要方法之一.研制了局部干法自动水下焊接试验系统,在此基础上利用汉诺威弧焊质量分析仪对包括空气中、5 m水深和15 m水深三种焊接环境下的焊接电参数进行了采集和分析.结果表明,水下焊接试验系统能够实现局部干法自动水下焊接,焊接过程中的熔滴过渡形态与焊接环境有关,为科学评价局部干法自动水下焊接时的焊接工艺以及焊接质量控制提供了试验依据.     

电子束焊接工艺参数对平板焊接形貌的影响研究

小束流电子束焊工艺被广泛应用于仪器仪表、真空器件、传感器等精密焊接领域。本文采用1 mm厚不锈钢薄板,分析了电子束堆焊焊缝的组织形貌,研究了不同电子束焊工艺参数对焊缝形貌的影响。试验表明,电子束堆焊焊缝晶粒明显细化,焊缝成分与母材基本一致,焊缝区域有断续状δ铁素体析出。随着束流的增大,熔深和熔宽呈线性增加;离焦量绝对值增大时,焊缝熔深明显减小,表面熔宽呈先增大后减小的趋势;电子束功率越大,焊缝的熔深与表面熔宽也越大;在相同的电子束功率下,加速电压越大,焊缝的熔深越大。     

水下机器人局部干法焊接系统

针对核电站优质水下焊接修复需求,研制了一套局部干法水下机器人焊接系统.以DSC微处理器为核心,结合二次逆变主电路,设计了全数字多波形柔性输出的大功率水下焊接电源;采用电枢电压反馈控制、高频斩波脉宽调制及动静密封技术,开发了紧凑型潜水送丝装置;针对焊接局部保护和排渣难题,开发了基于收缩喷管原理的双气帘结构微型排水罩.集成专用水下焊枪、机器人、视觉系统等,搭建水下机器人局部干法焊接试验平台,开展水下焊接试验.结果表明,研制的局部干法焊接系统样机性能可靠,引弧成功率高,焊接过程稳定,焊缝成形美观.