带状电极窄间隙MAG焊电弧行为及焊缝成形研究

论文摘要

带状电极窄间隙MAG焊是一种新的窄间隙焊接方法,这种方法采用带状电极取代传统的圆焊丝,旨在利用带状电极独特的形状,燃烧时扩展的电弧形态和电弧运动特征,来改善窄间隙坡口侧壁和根部不易加热的问题。本文主要以0.2×6mm2这种规格的不锈钢带为电极,在搭建的试验平台上研究带状电极窄间隙MAG焊电弧的特性和运动行为、焊缝成形特点,以及它们的影响因素,找出带状电极窄间隙MAG焊稳定焊接、成形良好的工艺区间,并在此基础上研究带状电极窄间隙MAG焊的多层焊接。本文首先从带极MAG焊电弧行为和熔滴过渡特点,阐述了带状电极窄间隙MAG焊的实现原理。针对窄间隙焊接的特殊要求,设计开发了带极窄间隙MAG焊枪。试验表明,该焊枪结构简单,水、气、电接入方便,导带平稳可靠,易于拆装和维护。在此基础上建立了带状电极窄间隙MAG焊试验系统,包括焊接系统、高速摄像系统、电流电压采集系统和气体保护系统。其次,焊接过程中利用电流电压采集系统对电信号进行采集,同时采用高速摄像系统对窄间隙中的电弧进行拍摄。根据电流电压波形,分析电弧燃烧的稳定性,再结合高速摄像的电弧图像分析电弧在坡口间隙内的运动。研究发现当其他参数一定时,在一定范围内随着送带速度的增加,电弧在间隙中左右摆动越明显,电流电压的波动增大;随着间隙宽度的增大,电弧燃烧愈发稳定,电弧摆动幅度减小,电流电压的波动也减小;随着电弧电压的增大,电弧长度增加,电弧摆动趋势更加明显,电流电压波动幅值增加。研究表明,电弧的燃烧特性和其运动行为有内在联系,电弧运动的本质就是阴极斑点移动,寻找最短的电通道,以满足电弧能量最小原理。再次,研究了典型工艺参数对带状电极窄间隙MAG焊焊缝成形的影响。结果表明,当其他参数一定时,在一定的范围内随着送带速度的增加,焊缝成形和侧壁熔合情况变好;随着间隙宽度的增加,电弧摆动减弱,电弧对侧壁的加热作用减弱,导致侧壁的熔合效果变差,焊缝成形变差;随着电弧电压的增加,电弧长度增加,电弧对侧壁的加热作用增强,侧壁熔合和焊缝成形变好。最后,对带状电极窄间隙MAG焊进行了多层焊接实验,得到了成形美观、坡口侧壁和层间熔合良好的焊缝。结果表明,对于带状电极窄间隙MAG焊这种新的焊接方法,在焊接参数的适当匹配下,可以实现窄间隙焊接。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 窄间隙焊接技术的研究现状
• 1.2.1 窄间隙焊接技术的特点
• 1.2.2 窄间隙焊接方法研究现状
• 1.3 带极MAG的研究现状
• 1.3.1 国外带极MAG焊的研究现状
• 1.3.2 国内带极MAG焊研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 带极窄间隙MAG焊试验系统的建立
• 2.1 引言
• 2.2 带状电极窄间隙MAG焊试验系统
• 2.2.1 焊枪的设计
• 2.2.2 送带系统
• 2.2.3 高速摄像系统和电信号采集系统
• 2.3 试验材料
• 2.4 本章小结
• 第3章 带状电极窄间隙MAG焊电弧行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 带极窄间隙MAG焊电弧行为研究
• 3.2.1 间隙大小的影响
• 3.2.2 送带速度的影响
• 3.2.3 电弧电压的影响
• 3.3 带状电极窄间隙MAG焊电弧运动行为的机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 带极窄间隙MAG焊焊缝成形研究
• 4.1 引言
• 4.2 带极窄间隙MAG焊焊缝成形特点
• 4.2.1 送带速度对带极窄间隙MAG焊缝成形的影响
• 4.2.2 间隙宽度对带极窄间隙MAG焊缝成形的影响
• 4.2.3 电弧电压对带极窄间隙MAG焊缝成形的影响
• 4.3 带极窄间隙MAG焊多层焊缝成形
• 4.4 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢