預(yù)熱溫度對GMAW焊絲端部熱量傳輸和熔滴過渡影響研究.pdf

1、GMAW(Gas Metal Arc Welding)是當前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接工藝，所以對新型工藝特別是優(yōu)質(zhì)的高效化 GMAW工藝是長久以來的研究熱點。本文提出了預(yù)熱焊絲 GMAW新工藝。此工藝是通過預(yù)熱固體焊絲，實現(xiàn)在相同焊接電流下顯著增加熔敷率，卻不增加母材熱輸入；在相同送絲速度下，熔化相同的固體焊絲，但可以減少母材熱輸入。另外，焊絲端部熱量傳輸和熔滴過渡是GMAW重要的物理現(xiàn)象，固體焊絲溫度對這兩者的影響尚未有研究報道。本文采

2、用 TIG輔助電弧預(yù)熱焊絲，定義 GMAW焊槍導(dǎo)電嘴下端面焊絲位置的溫度為焊絲預(yù)熱溫度。通過調(diào)節(jié)TIG電流，改變焊絲預(yù)熱溫度，研究預(yù)熱溫度對焊絲熱量傳輸和熔滴過渡的影響規(guī)律。
　　首先，本文建立了TIG電弧預(yù)熱焊絲 GMAW焊接系統(tǒng)。根據(jù)預(yù)熱焊絲GMAW工藝特點，設(shè)計了TIG電弧預(yù)熱焊絲專用焊槍機構(gòu)，能夠保證穩(wěn)定送絲條件下有效預(yù)熱焊絲。建立了高速攝像、焊接電流電信采集和紅外測溫等實驗平臺和測量系統(tǒng)。
　　研究了TIG預(yù)熱電弧

3、對持續(xù)送進焊絲的加熱效果。測量在不同預(yù)熱電流及送絲速度下的焊絲預(yù)熱溫度變化，分析了焊絲預(yù)熱溫度對送絲穩(wěn)定性的影響，確定了預(yù)熱電流——送絲速度匹配區(qū)間。建立了TIG預(yù)熱電弧回路對焊絲的熱輸入模型，可以較好的預(yù)測給定預(yù)熱電流和送絲速度下的焊絲預(yù)熱溫度。通過實驗測量和理論計算研究了預(yù)熱溫度對焊絲干伸長段溫度場和電壓降的影響，以及在此條件下焊接電流和電弧弧長的動態(tài)變化規(guī)律。
　　熱傳導(dǎo)和對流傳熱是焊絲端部熱量傳輸?shù)闹饕问?，電阻產(chǎn)熱和電弧

4、產(chǎn)熱是焊絲熔化能量的主要來源。TIG電弧預(yù)熱能量是預(yù)熱焊絲GMAW工藝焊絲熔化新的能量來源。通過對熱量傳輸過程中無量綱常數(shù)的計算，定性分析了焊絲預(yù)熱溫度對焊絲端部能量傳輸和熔滴溫度的影響規(guī)律。通過實驗測量和計算，得到實際焊接過程中，焊絲熔化能量來源和各部分能量隨焊絲預(yù)熱溫度的變化規(guī)律。從焊絲熔化能量分配的角度，計算了不同預(yù)熱溫度下的熔滴溫度。計算結(jié)果表明，不管是在相同送絲速度下還是同等焊接電流條件下，隨著預(yù)熱溫度的升高，熔滴溫度下降。利

5、用紅外測溫儀，測量了熔滴溫度，驗證了計算結(jié)果。熔滴溫度降低也說明電弧熱更多用于熔化焊絲，焊絲熔化效率有所提升。
　　本文使用兩種直徑的焊絲進行焊接實驗。1.2mm直徑焊絲采用恒壓源配備等速送絲系統(tǒng)；直徑為3.2mm焊絲采用恒流源配備變速送絲系統(tǒng)。在不同焊接系統(tǒng)下，研究了焊絲預(yù)熱溫度對GMAW熔滴過渡的影響規(guī)律。使用恒壓源等速送絲系統(tǒng)，分別在小電流區(qū)間，噴射臨界電流區(qū)間和大電流區(qū)間，從等送絲速度和等平均焊接電流兩個條件下，分析了熔滴

6、過渡隨預(yù)熱溫度的變化規(guī)律。預(yù)熱焊絲改善了小電流區(qū)間混合熔滴過渡的穩(wěn)定性，熔滴過渡由不規(guī)則的大滴和射流混合過渡向均勻穩(wěn)定的細顆?；蛏涞芜^渡轉(zhuǎn)變。在同等焊接電流下，預(yù)熱焊絲可以顯著促進熔滴過渡，預(yù)熱焊絲溫度溫度越高，熔滴頻率越快，熔滴尺寸越小，噴射過渡臨界電流顯著降低。使用恒流源變速送絲系統(tǒng)，調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，在短路過渡，大滴過渡和射流過渡區(qū)間，研究了預(yù)熱溫度對粗絲大電流熔滴過渡的影響規(guī)律。研究表明，預(yù)熱焊絲以后，粗絲短路過渡飛濺明顯減少，焊接

7、穩(wěn)定性提高。在同等焊接電流下，熔滴尺寸變小，過渡頻率增加。綜合不同焊絲直徑，不同焊接系統(tǒng)熔滴過渡隨預(yù)熱溫度的變化，從電弧形態(tài)和熔滴受力兩個方面，分析預(yù)熱焊絲促進熔滴過渡的內(nèi)在機理。
　　最后，實驗驗證了預(yù)熱焊絲 GMAW焊接工藝優(yōu)勢。在恒定焊接電流下，提高焊絲預(yù)熱溫度可以獲得高熔敷率，提高焊接效率。在同樣送絲速度下，焊絲預(yù)熱溫度的升高可以降低焊接電流，降低母材熱輸入，在焊接薄板或?qū)彷斎朊舾械牟牧嫌锌深A(yù)見的優(yōu)勢。在高速焊接實驗中，