超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接的实现

论文摘要

窄间隙焊接是一种高效、低成本的焊接技术,因其具有焊接线能量低、焊后残余应力小、工件变形小、热影响区窄等优点,而被广泛应用在压力容器、锅炉、建筑、桥梁、船舶、重型机械和高压管道等重要结构部件的焊接中。然而,窄间隙焊接却存在侧壁熔合不良的问题,为了能在不摆动电弧的情况下使两侧壁熔合良好,可通过减小两侧壁间距即采用超窄间隙焊接的方法来解决此问题。但超窄间隙焊接却存在电弧攀升的问题。为此,本文基于约束电弧以防止电弧攀升的思路以及埋弧焊时焊剂颗粒熔化所形成的熔渣膜对电弧具有约束作用的原理,采用超细颗粒焊剂约束电弧的方法进行了超窄间隙焊接,设计了一种适用于超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接（UFGF-UNGW）用的焊枪和焊接工装夹具,并进行了相关焊接试验。试验结果表明：超窄间隙中采用超细颗粒焊剂约束电弧可以有效防止电弧攀升,并能获得焊接过程稳定、可靠且成形良好的超窄间隙焊缝。焊枪和焊接夹具结构设计能够满足UFGF-UNGW要求。在其它焊接参数一定的情况下,焊剂颗粒目数越大,焊接时形成的约束长度越长,使得“凸”焊缝的形成倾向增加；采用“V”形金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺进行超窄间隙焊接,可以显著增强电弧对侧壁根部的加热效果,有利于增加侧壁根部的熔透深度,从而保证超窄间隙焊缝的熔合质量。电弧电压对侧壁及侧壁根部的熔合有重要影响,在其它焊接参数确定的条件下,随着电弧电压的增加,侧壁根部熔透深度呈先增加而后减小的变化趋势,即存在获得最大侧壁根部熔透深度的电弧电压。通过试验确定了电弧电压与电流的匹配关系。该匹配关系表明,在电流为200-320A的范围内,适合于UFGF-UNGW的电弧电压匹配范围约为22-31V,在电弧电压与电流合理匹配范围内的任一确定电流下,随电弧电压的增加,超窄间隙焊缝均依次呈现“侧壁熔合不良”、“焊缝成形良好”、“咬边”的焊缝成形规律。通过合理调节电弧电压与电流,可改善电弧、熔渣壁及间隙侧壁间的作用关系,使电弧阴极斑点在超窄间隙内合理分布,从而实现对超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接焊缝成形的有效控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 窄间隙焊接
• 1.1.1 窄间隙焊接的定义及特征
• 1.1.2 窄间隙焊接技术的发展及分类
• 1.1.3 窄间隙焊接的应用现状
• 1.1.4 窄间隙焊接存在的主要问题
• 1.2 超窄间隙焊接
• 1.2.1 超窄间隙焊接的定义及特征
• 1.2.2 超窄间隙焊接和窄间隙焊接的比较
• 1.2.3 超窄间隙焊接在国内外的发展现状及存在的问题
• 1.3 本文的研究内容及其创新性
• 1.3.1 论文选题依据
• 1.3.2 论文所要研究的内容
• 1.3.3 论文的创新性
• 第2章 超细颗粒焊剂约束电弧超窄间隙焊接思路及焊枪设计
• 2.1 超窄间隙中超细颗粒焊剂约束电弧的思路
• 2.2 焊枪结构及设计
• 2.2.1 板式导电嘴与焊丝的接触导电原理及结构
• 2.2.2 焊丝夹紧力调节原理及结构
• 2.2.3 板式导电嘴与侧壁的防接触原理及结构
• 2.2.4 焊枪主要零件图
• 2.2.5 焊枪总装图
• 2.3 焊接夹具及设计
• 2.3.1 对焊接夹具的要求及设计时应注意的问题
• 2.3.2 焊接夹具的实体图及实物图
• 第3章 焊接试验方法及试验结果分析
• 3.1 焊接设备、焊接材料及焊接过程
• 3.1.1 焊接设备
• 3.1.2 焊接材料
• 3.1.3 焊前准备
• 3.1.4 焊接过程
• 3.2 焊接效果
• 3.3 焊剂颗粒度对约束电弧及焊缝成形的影响
• 3.4 金属丝网衬垫焊剂颗粒工艺对约束电弧及焊缝成形的影响
• 3.5 焊接参数对约束电弧及焊缝成形的影响
• 3.5.1 焊速对电弧加热超窄间隙侧壁的影响
• 3.5.2 电弧电压对电弧加热超窄间隙侧壁的影响
• 3.5.3 电弧电压对电弧加热超窄间隙侧壁根部的影响
• 3.5.4 电弧电压与电流匹配关系的确定
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果