旋转电弧窄间隙横向MAG焊工艺的研究

论文摘要

随着我国现代工业化进程的不断推进,民用和国防装备逐渐向着大型化、高参数化方向发展,厚板以及超厚板金属结构的应用日趋广泛。在大型结构焊接中,考虑到焊接工序以及效率等问题,横向焊接将降低工程费用,并能大大提高焊接效率。并且窄间隙焊接技术可以解决厚板焊接面临的坡口面积增加、成本过高以及接头质量下降的难题。所以新型窄间隙横向GMAW焊接技术的研究与开发必将推动大型厚板焊接技术向着稳定化、高效化的方向发展,对实际生产应用有很大的推动作用。本文开发了一种高效、稳定的窄间隙横向MAG工艺,即把旋转电弧成功地运用到横向焊接中,研究了旋转电弧窄间隙横向焊接焊缝成形规律以及接头特性,得到了成形优良的横向焊接接头。研究了送丝速度、焊接电压、旋转半径和旋转速度对横向焊缝成形的影响,结果表明送丝速度和电压对焊缝表面凸凹程度影响较大,送丝速度较大或电压较小时,焊缝都会出现中心上凸——“鼓肚”现象;旋转半径的增加可以显著增加熔宽熔深比,并且焊缝表面弯曲程度也随之增大;旋转速度在150r/min~500r/min范围内,焊缝成形良好,增加了焊缝熔宽,无明显下塌。因此,旋转电弧窄间隙横向焊接工艺在合适的工艺参数范围内,可以得到成形优良的横向焊接接头。对窄间隙厚板横向多层单道焊接进行了研究,对比了不同旋转半径下的厚板焊缝成形。从实验结果可以看出,偏心度为0.5mm时,在后三层之间出现未熔合,当偏心度为0.8mm时,可以改善各个焊层焊缝的成形,但是还不能完全消除未熔合缺陷。分析产生层间未熔合的主要原因是层间温度控制不当所致。对焊缝横截面成形进行分析,观察到横向接头成形特性——接头成形并不是以焊缝中心对称,上下侧壁熔深以及热影响区宽度并不一致,上侧大于下侧,这一现象在以往的横向焊接以及旋转电弧文献中未见报道。通过对旋转电弧焊丝运动轨迹以及上下侧壁附近焊丝瞬时速度的计算,发现在旋转电弧运行过程中,由于焊丝的旋转,在上侧的瞬时速度要小于下侧,这样导致了上下侧壁附近的区域线能量不同,这种差异随着旋转速度的增加而逐渐减小。为验证计算结果,对不同旋转速度下的焊接热循环进行了测量,测量结果表明上侧的温度要大于下侧温度,并且温度差随着旋转速度的增加而减小,这与理论计算结果相吻合。所以采用旋转电弧窄间隙横向焊接技术可以得到优良的横向焊接接头,本文的研究为该技术向厚板以及其他材料领域继续延伸奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 窄间隙焊接的原理和特点
• 1.2.2 窄间隙横向MAG 焊接研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 试验设备、材料及方法
• 2.1 试验设备
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验方法
• 第3章 旋转电弧横向焊接工艺参数的研究
• 3.1 旋转电弧横向焊接最佳工艺参数范围
• 3.2 不同参数对焊缝成形的影响
• 3.2.1 送丝速度对焊缝成形的影响
• 3.2.2 焊接电压对焊缝成形的影响
• 3.2.3 旋转半径对焊缝成形的影响
• 3.2.4 旋转速度对焊缝成形的影响
• 3.3 旋转电弧窄间隙横向多层单道焊研究
• 3.3.1 e=0.5mm 时旋转多层单道焊接
• 3.3.2 e=0.8mm 时旋转多层单道焊接
• 3.3.3 多层单道横向焊接层间未熔合产生原因
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转电弧横向焊接接头特征和线能量的研究
• 4.1 旋转电弧横向焊接接头特性
• 4.1.1 旋转电弧横向焊接焊缝组织分析
• 4.1.2 旋转电弧横向焊接接头缺陷分析
• 4.1.3 旋转电弧横向焊接接头特性
• 4.1.4 旋转电弧横向焊接接头特性验证
• 4.2 旋转电弧横向焊接接头特性形成机理
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢