大厚板双丝窄间隙GMAW工艺技术研究

论文摘要

随着工业技术的不断发展,厚板的应用越广泛。窄间隙焊在焊接厚板时具有材料消耗少,生产效率高,热应力和热变形低等优势,但是窄间隙焊容易出现侧壁未熔合缺陷。双丝焊是一种高效焊接方法,前后焊丝参数可以独立调节,利用双丝焊前后两焊丝指向窄间隙两侧壁可以解决侧壁未熔合问题。本文在自行设计双丝窄间隙GMAW焊枪的基础上,研究了双丝窄间隙焊接工艺,得到了没有宏观缺陷的60mm厚多层单道窄间隙焊缝,并对双丝窄间隙GMAW的焊接稳定性进行了研究。设计开发了弯曲导电嘴式双丝窄间隙GMAW焊枪。该焊枪前后两焊丝间距、夹角均为可调,两焊丝的焊接参数可以独立设置,同时为该焊枪设计加工了三通道插入式保护气喷嘴。设计的双丝窄间隙焊枪结构紧凑,性能稳定,可焊坡口深度能够达到80mm。进行了单道单层双丝窄间隙焊接工艺研究。导电嘴弯曲角度、送丝速度、峰值电压、协同模式、焊接速度和坡口尺寸均会对窄间隙焊缝成形产生重要影响。只有在合理的工艺参数下才能获得满足要求的焊缝成形。对Q235钢60mm深坡口进行了单道多层双丝窄间隙焊接工艺研究。得到了成形良好无宏观缺陷的60mm厚单道多层双丝窄间隙焊缝。总结了双丝窄间隙焊的特点及其适用性。利用高速摄像系统和电流电压采集系统对双丝窄间隙焊接过程稳定性进行了分析。双丝窄间隙焊中电弧主要受电弧之间电磁力和侧壁磁偏吹综合作用。分析认为电弧偏移距离与电弧长度、自身电流和另一电弧电流之比相关。经观察发现,双丝窄间隙焊接过程中参数改变时会出现四种典型的熔池状态,熔池状态和电弧作用力共同影响焊接过程稳定性。双丝间距较近时（5mm左右）焊接过程稳定;10-20mm时焊接过程很不稳定,断弧频率很大;大于30mm后为非共熔池状态,焊接过程干扰较小。变化双丝前后夹角会改变熔池状态,影响焊接稳定性。脉冲协同模式对焊接稳定性的影响要在一定双丝间距情况下才能体现出来,当双丝间距为10mm时,同步模式相对于交替模式和独立模式焊接稳定性要好。研究了10CrNi3MoV钢双丝窄间隙焊接工艺,得到了符合要求的32mm厚多层单道双丝窄间隙焊缝,焊接接头组织和力学性能均满足使用要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题目的及其意义
• 1.2 窄间隙GMAW国内外研究现状
• 1.2.1 窄间隙焊接方法定义
• 1.2.2 单丝窄间隙GMAW方法
• 1.2.3 双丝窄间隙GMAW研究现状
• 1.3 TANDEM双丝GMAW研究现状
• 1.3.1 TANDEM双丝GMAW工艺研究
• 1.3.2 TANDEM双丝GMAW电弧稳定性研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验设备与方法
• 2.1 双丝窄间隙GMAW焊枪的设计
• 2.1.1 双丝窄间隙GMAW焊枪设计要求
• 2.1.2 双丝窄间隙GMAW焊枪设计方案选择
• 2.1.3 双丝窄间隙GMAW焊枪设计加工
• 2.2 双丝窄间隙GMAW焊系统
• 2.3 焊接过程电信号采集系统的建立
• 2.4 高速摄像系统
• 2.5 力学性能测试
• 第3章 双丝窄间隙GMAW工艺研究
• 3.1 焊接规范参数对焊缝成形的影响规律
• 3.1.1 导电嘴弯曲角度对焊缝成形的影响
• 3.1.2 窄间隙坡口适应性
• 3.1.3 双丝间距对焊缝成形的影响
• 3.1.4 峰值电压对焊缝成形的影响
• 3.1.5 送丝速度对焊缝成形的影响
• 3.1.6 脉冲协同模式对焊缝成形的影响
• 3.1.7 焊接速度对焊缝成形的影响
• 3.2 单道多层双丝窄间隙GMAW工艺研究
• 3.3 双丝窄间隙GMAW特点分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 双丝窄间隙GMAW过程稳定性研究
• 4.1 双丝电弧受力分析
• 4.2 双丝窄间隙GMAW熔池形态
• 4.3 双丝空间位置对焊接过程稳定性影响
• 4.3.1 双丝间距对焊接过程稳定性影响
• 4.3.2 双丝夹角对焊接过程稳定性影响
• 4.4 保护气成分对焊接过程稳定性影响
• 4.5 不同协同模式下焊接过程稳定性比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 10CRNI3MOV钢双丝窄间隙GMAW工艺及组织性能
• 5.1 10CRNI3MOV钢焊接工艺研究
• 5.2 焊接接头组织分析
• 5.3 焊接接头力学性能研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢