柴油机排气阀自动堆焊技术及质量控制

论文摘要

目前国内船用低速柴油机排气阀广泛采用表面堆焊钴基合金的方法,采用该方法堆焊的产品在使用过程中容易出现断裂、裂纹、堆焊层脱落等问题。采用堆焊镍基层的方法能解决上面出现的一系列问题,但是该技术被少数发达国家所垄断,因此开发镍基堆焊排气阀技术变得很紧迫。鉴于此,着手进行了排气阀堆焊工艺的研究。从工件材料及结构着手,分析排气阀基体材料及堆焊金属焊接性,并运用宏观金相、微观组织、扫描金相及硬度检测并分析了堆焊层熔合区熔合机理,以期通过焊接性和熔合机理的研究指导焊接过程。对弧焊机器人各组成部分的选型与设计并对机器人与变位机运动的协调性和配合精度的测试。通过正交试验法,优化了焊接工艺参数,确定了排气阀堆焊最优焊接工艺参数,多层堆焊时,焊道间距为熔宽的30%时,焊缝的平整性较好,熔合较好。根据工件结构特点设计模拟件及其工艺试验,研究了平移量对模拟件堆焊成形的影响,在此基础上确定了合理的布道方式。通过对比模拟件和排气阀的不同点,制定工艺方案并优化焊接顺序试验。完成了国内首个高质量排气阀的焊接。对影响环焊缝质量的因素包括焊缝成形、熔滴过渡、引弧和熄弧、搭接量、预热和层间温度进行了控制。优化了焊缝成形,少量的活性气体CO2含量为2%时能够降低熔池表面张力,改善焊缝成形;对熔滴过渡进行了控制,针对目前采用的短路过渡方式提出了控制方法,控制参数。控制了引弧和熄弧及其成形及搭接量问题。控制了堆焊层的稀释率。针对焊接过程中出现的气孔、未熔合等缺陷,提出了模型及控制方法,改善了焊缝质量。运用目视检测、渗透探伤和超声波探伤对焊接后的排气阀进行质量评定。目视检测发现堆焊层表面金黄色且平整,无咬边现象;渗透探伤判定检验表面不存在缺陷;超声波检测整个堆焊层,不存在超过要求的缺陷,完全符合排气阀质量检测标准,属于合格产品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 排气阀焊接研究现状及发展趋势
• 1.3 自动化焊接研究现状及发展趋势
• 1.3.1 弧焊机器人的研究现状及发展趋势
• 1.3.2 数字化弧焊电源的研究现状
• 1.3.3 焊缝传感器及焊缝跟踪技术的研究
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 焊接系统组建
• 2.1 引言
• 2.2 材料成分及性能
• 2.3 材料的焊接性
• 2.4 工件及焊接质量要求
• 2.5 焊接系统设计
• 2.5.1 焊接机器人及控制柜的选型
• 2.5.2 焊接变位机的选型及设计
• 2.5.3 焊接电源
• 2.5.4 系统其它设备选择
• 2.5.5 弧焊机器人系统总体布局
• 2.6 焊接变位机与机器人的运动配合及精度
• 2.6.1 机器人运动及协调控制
• 2.6.2 精度测试试验及试验结果分析
• 2.7 熔合机理分析
• 2.7.1 组织形貌观察和性能分析
• 2.7.2 试验结果及分析
• 2.8 本章结论
• 第3章 焊接工艺试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料及方法
• 3.3 试验方案设计
• 3.3.1 排气阀模拟件的设计
• 3.3.2 焊接参数范围的确定
• 3.3.3 焊接工艺参数的优化
• 3.3.4 平板堆焊试验方案设计
• 3.3.5 模拟件堆焊试验布道方案设计
• 3.4 试验结果及分析
• 3.4.1 焊接工艺参数优化的结果及分析
• 3.4.2 平板多层堆焊试验的结果及分析
• 3.4.3 模拟件焊接试验的结果及分析
• 3.5 排气阀堆焊工艺试验
• 3.5.1 排气阀与模拟件的不同点及处理方案
• 3.5.2 焊枪偏移量e 对质量的影响及结果分析
• 3.5.3 电弧不稳定对质量影响试验及结果分析
• 3.6 本章结论
• 第4章 排气阀堆焊成形及质量控制
• 4.1 引言
• 4.2 熔滴过渡及焊缝成形控制
• 4.2.1 熔滴过渡控制
• 4.2.2 焊缝铺展成形控制
• 4.2.3 引弧及熄弧处成形控制
• 4.2.4 搭接量成形控制
• 4.2.5 预热及层间温度控制
• 4.3 气孔影响因素及其控制
• 4.4 层间未熔合影响因素及其控制
• 4.4.1 固体表面成因说试验
• 4.4.2 改善熔池的流动性对未熔合的影响
• 4.5 稀释率的控制
• 4.6 本章结论
• 第5章 焊缝质量评定
• 5.1 引言
• 5.2 焊接检验理论
• 5.2.1 目视检验
• 5.2.2 渗透检验
• 5.2.3 超声波检验
• 5.3 堆焊质量检验
• 5.3.1 目视检验及表面渗透检验
• 5.3.2 超声波检验结果及分析
• 5.4 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 大摘要