旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接熔池行為與控制研究.pdf

1、本文以解決橫向焊接過程中由于熔池控制不當引起的焊縫成形不良這一技術(shù)瓶頸為目的，開發(fā)了新型旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接技術(shù)。通過對旋轉(zhuǎn)電弧橫向焊接中熔滴過渡特性、熔池行為以及旋轉(zhuǎn)電弧焊接溫度場分布特點的研究，分析了橫向焊接接頭成形缺陷以及成形特點產(chǎn)生的原因，提出了旋轉(zhuǎn)電弧焊接工藝在解決窄間隙橫向焊接成形缺陷的作用，解決了橫向焊接由于熔池控制不當引起成形缺陷的問題，確定了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接的最佳工藝參數(shù)范圍，最終實現(xiàn)了低合金高強鋼厚板窄間隙橫

2、向焊接，得到了焊縫外部成形優(yōu)良，內(nèi)部無缺陷的窄間隙多層單道橫向焊接接頭。
　　采用高速攝像方法對旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接的熔滴過渡特性以及熔池行為進行了研究，為旋轉(zhuǎn)電弧橫向熔池控制奠定了理論基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接熔滴過渡不僅在焊縫寬度方向上不同位置的過渡形式不同，而且在一個周期內(nèi)電弧向上和向下運動的過程中，熔滴過渡也發(fā)生了變化，這主要是由于熔池表面高度不同以及電弧旋轉(zhuǎn)共同引起了電弧弧長的變化，使得在不同位置上焊接電流發(fā)生

3、了變化。并且旋轉(zhuǎn)電弧產(chǎn)生的離心力對熔滴射流過渡的影響不大，但可以促進滴狀過渡。
　　發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)電弧橫向焊接熔池振蕩現(xiàn)象，這主要是由于電弧旋轉(zhuǎn)，使得電弧壓力以及熔滴沖擊周期性作用在坡口上、下側(cè)壁區(qū)域內(nèi)，促使液態(tài)金屬在焊縫寬度上產(chǎn)生流動，形成了振蕩，并且一直伴隨著熔池的整個形成過程，促進了堆積在下側(cè)壁的液態(tài)金屬向上側(cè)移動，對于橫向焊接焊縫成形具有重要的意義。
　　揭示了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接的熔池形成過程，提出了熔池形成的最終形

4、態(tài)主要與母材的熔化區(qū)域、填充金屬量以及熔池的高溫保持時間有著密切的關(guān)系。熔池的形成過程是從坡口下側(cè)逐漸到上側(cè)的填充過程。并且在整個過程中熔池表面在兩個側(cè)壁上的“端點”位置不變。只有在合適的工藝參數(shù)范圍內(nèi)，使得母材的熔化區(qū)域、填充金屬量以及熔池凝固時間相互匹配時，才會得到令人滿意的橫焊接頭。
　　由于旋轉(zhuǎn)電弧焊接工藝改變了傳統(tǒng)焊接方法時電弧的運動軌跡，為了更加深入的理解旋轉(zhuǎn)電弧工藝對焊接過程的影響，對旋轉(zhuǎn)電弧焊接溫度場進行了研究。建

5、立了旋轉(zhuǎn)電弧雙橢球體熱源模型，運用MARC有限元分析軟件及其flux.f子程序?qū)崿F(xiàn)對熱源以及復雜焊接軌跡的加載，計算了旋轉(zhuǎn)電弧三維瞬態(tài)、非線性的熱傳導過程及溫度場分布，并進行了試驗驗證。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)電弧焊接接中存在重復加熱過程，熱循環(huán)曲線的升溫以及降溫過程并不是連續(xù)增加和降低的，而是呈階梯狀變化，并且在峰值溫度區(qū)出現(xiàn)雙峰或者多峰，并且旋轉(zhuǎn)電弧焊接工藝與傳統(tǒng)焊接工藝相比，降低了焊縫中心區(qū)域的峰值溫度，縮短了高溫保持時間，使得更多的熱量分

6、配到焊縫側(cè)壁以及周邊區(qū)域。
　　在上述理論研究的基礎(chǔ)上，研究了旋轉(zhuǎn)電弧橫向焊接工藝，揭示了橫向焊縫下塌、咬邊以及中凸等成形缺陷產(chǎn)生的原因，與各焊接工藝參數(shù)建立了聯(lián)系，解決了橫向焊接由于熔池控制不當引起成形缺陷的問題，并且從焊接熱輸入和熔池行為兩個角度提出了旋轉(zhuǎn)電弧焊接工藝在窄間隙橫向焊接中對熔池控制的作用。確定了旋轉(zhuǎn)電弧窄間隙橫向焊接的最佳工藝參數(shù)范圍，得到到了成形良好的橫焊接頭。揭示了旋轉(zhuǎn)電弧橫向焊接中接頭成形不對稱性，并分析了