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多丝GMAW焊接电弧干扰及焊接工作点变化研究

叶定剑  
【摘要】:随着社会经济的大力发展,高效焊接领域已成为焊接学科发展一个重要方向之一。为了大幅度提高焊接速度,在维持焊接线能量大体上保持不变的情况下,一般采用双丝甚至多丝熔化极气体保护焊接方法以提高焊接速度。多丝焊接工艺之所以能够缓解单丝高速焊接中的问题,是由于在熔池凝固之前,能够使更多熔敷金属迅速填满弧坑,这就意味着熔化速度和熔敷效率更大,故能够增大焊接速度。但是多丝焊接也存在一定的问题,比如电弧之间的相互干扰使焊接过程变得不稳定等。 本文利用三丝自动焊接系统、数据采集分析系统以及高速摄像系统建立了一套完整的三丝GMAW焊接试验平台,对三丝GMAW焊接工艺、电信号、电弧形态、熔滴过渡形态进行了分析,重点研究了多丝焊接电弧之间的干扰,分析了多丝焊接工作点的变化。 采用在单丝中间弧(M弧)稳定焊接过程中增加跟随弧(T弧),同步采集双丝电信号,并拍摄M弧电弧形态及熔滴过渡图片,采用Labview计算M弧电弧几何参数(长度、宽度、面积)及焊丝干伸长,采用转速仪同步测量了在焊接过程中,中间焊机(M弧)的送丝速度的变化。分析在增加焊丝之后,M弧电弧形态、熔滴过渡及焊丝干伸长发生的变化。并研究在单丝中间弧(M弧)稳定焊接过程中,同时增加引导弧(L弧)与跟随弧(T弧),对比分析L弧与T弧对M弧电弧及熔滴过渡的影响。 在单丝焊接过程中,电弧基本呈现锥形,单丝焊接时,随着电流增大,电弧亮度也变大,在电流达到300A时,电弧较稳定。在单丝焊接时,熔滴过渡为排斥过渡,在电流达到一定值时形成潜弧过渡,焊接过程中出现焊丝端部偏心熔化和熔滴偏斜现象。根据最小电压原理,在受到额外热源加热后,电弧会膨胀使得电场强度E保持最小值,所以,在单丝(M弧)实现稳定焊接过程中,增加电弧后,M弧弧长增大,电弧面积增大。由于相邻电弧的加热作用,使得M弧电阻热减小,干伸长相应减小,达到双丝(三丝)稳定焊接状态后,M弧的焊接工作点发生了变化。 此外,在单丝(M弧)实现稳定焊接过程中,增加左右两根电弧(L弧与T弧)实现三丝焊接,研究三丝电流电压分布对电弧稳定性的影响,在三丝(L、M、T)电弧电流分布中,ILIT比ILIT的电弧稳定。当三丝电流电压相同时,断弧明显。三丝焊接时,在引导弧与跟随弧电流不变时,中间弧为排斥过渡,随着中间弧电流的增大,进而向半潜弧和潜弧过渡转变;且存在一个临界M电弧电流值IM0,当IMIM0时,增大M电弧电流值,凸起逐渐由靠近L弧根部向M弧根部移动;当IMIM0时,凸起的熔池聚集区消失。 最后,研究了在相同的线能量条件下,单、双、三丝焊接焊缝成形及焊接效率。发现,单双三丝,焊缝成形系数逐渐增大,余高系数逐渐减小;在相同的速度条件下,线能量越大,焊缝成形系数越小;保持单、双、三丝焊速为1:2:3,单、双、三丝焊缝成形系数逐渐增大,余高系数逐渐减小,焊接效率增大。


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