40mm10CrNi5MoV窄间隙横向MAG焊工艺研究

论文摘要

大厚板焊接在舰艇耐压壳体焊接过程中应用广泛,而由于窄间隙GMAW横向焊接可以满足对大厚板焊接工位,热输入量和生产效率等方面的需求,因此在厚板船用钢焊接中得到广泛应用。横向焊接过程中,由于熔化金属受重力作用向下流动,当下塌严重时,会产生底边未熔合等缺陷,同时不匹配的焊接参数将导致一系列缺陷的产生。本文针对生产需要的40mm窄间隙坡口对旋转电弧焊炬进行了改造,以厚板Q235和厚板10Ni5CrMoV钢为对象,进行了旋转电弧窄间隙MAG横向焊接工艺研究,消除了窄间隙横向焊接中的各种缺陷,得到了优质的焊接接头。采用高速摄像和焊接电流、焊接电压采集系统对窄间隙中旋转电弧的熔滴过渡行为和熔池成形机理进行了研究。结果表明:旋转电弧窄间隙焊接特有的熔池形态及电弧运动轨迹,引起了焊接电流的周期性变化,从而形成了周期性变化的溶滴过渡和熔池受力状态,而正是这种特有的周期性变化克服了横向焊接过程中发生的熔敷金属下塌,未熔合和咬边等焊接缺陷。确定了最佳焊接工艺参数,得到了外观成型良好,内部无缺陷的焊接接头。研究了旋转电弧窄间隙横向焊接中各焊接参数对熔池形态的影响规律,对焊接坡口适应性,焊接参数不匹配时产生的焊接缺陷进行了研究。研究了40mm窄间隙10Ni5CrMoV钢板的多层单道焊接最佳工艺参数范围,分析了焊缝区、熔合区、热影响区和母材区的微观组织,及热影响区不完全正火区、正火区和过热粗晶区的组织结构。进行了焊缝的拉伸、弯曲和冲击等力学性能试验,性能全部满足实际生产要求。同时对10Ni5CrMoV钢板旋转电弧窄间隙MAG焊接的实际应用化进行了展望,并提出了相应的改进措施。

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 旋转电弧窄间隙GMAW焊接研究现状
• 1.2.1 旋转射流窄间隙焊接
• 1.2.2 麻花状焊丝窄间隙焊接
• 1.2.3 旋转电弧窄间隙焊接
• 1.3 窄间隙GMAW横向焊接研究现状
• 1.3.1 波浪式焊丝窄间隙焊
• 1.3.2 焊炬带动焊丝摆动的窄间隙焊
• 1.4 保护气对MAG焊接质量及焊缝成形影响的研究现状
• 1.4.1 保护气流态对焊缝成形的影响
• 1.4.2 MAG焊气体成分对焊接质量的影响
• 1.5 窄间隙GMAW焊接稳定性的研究现状
• 1.6 10CrNi5MoV钢 GMAW 研究现状
• 1.7 主要研究内容
• 第2章 试验条件及方法
• 2.1 试验设备
• 2.1.1 焊接装置及焊炬
• 2.1.2 气体保护喷嘴改进
• 2.1.3 导电嘴改进
• 2.1.4 焊接材料及坡口选择
• 2.2 焊接瞬态信号采集装置
• 2.3 焊丝旋转中心线在窄间隙坡口内偏移量的测量方法
• 2.4 微观组织分析
• 2.5 力学性能测试
• 第3章 旋转电弧窄间隙横向焊接过程特点
• 3.1 相同坡口形式下熔滴过渡及熔池形态的特点
• 3.1.1 旋转电弧窄间隙横向焊接熔滴过渡变化规律
• 3.1.2 旋转电弧窄间隙横向焊接电流变化规律
• 3.1.3 焊接电流变化规律
• 3.1.4 熔池受力变化规律
• 3.1.5 熔池流动状态模拟
• 3.2 分析结果验证
• 3.2.1 平均焊接电流对焊缝成形的影响
• 3.2.2 焊丝旋转中心线的位置对焊缝成形的影响
• 3.2.3 焊接电压对焊缝形貌的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 40mm厚板窄间隙旋转电弧横向焊接工艺研究
• 4.1 坡口尺寸对焊缝成形的影响规律
• 4.2 焊接工艺参数对单层单道焊缝成形的影响规律
• 4.2.1 焊丝初始长度对焊缝成形的影响
• 4.2.2 焊接速度对焊缝成形的影响
• 2 含量对焊缝成形的影响'>4.2.3 保护气中C0₂含量对焊缝成形的影响
• 4.3 40mm窄间隙旋转电弧GMAW横向焊接多层单道焊接工艺
• 4.4 本章小结
• 第5章 10CrNi5MoV旋转电弧窄间隙横焊工艺及组织性能
• 5.1 焊炬现场适应性改造
• 5.2 焊接工艺研究
• 5.3 焊接接头微观组织研究
• 5.4 焊接接头力学性能研究
• 5.4.1 抗拉强度和硬度分布
• 5.4.2 弯曲试验
• 5.4.3 冲击韧性
• 5.5 旋转电弧横向现场焊接发展展望
• 5.5.1 焊丝旋转中心偏移量随焊调节
• 5.5.2 适用于焊接深度为50mm以上窄间隙坡口焊炬改进
• 5.5.3 横向窄间隙焊接焊缝成形快速测量方法及考查参数
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢