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双丝GMAW电弧干扰及焊接工艺研究

张菁  
【摘要】:随着船舶、汽车、航空航天等现代制造业的飞速发展,对于高效焊接技术的需求迫在眉睫。为了提高焊接效率,可以采用双丝或多丝GMAW的方法。在双丝GMAW焊接中的一个突出问题是由电磁力而产生的电弧干扰。因此,如何有效抑制或克服电弧干扰,成为焊接工作者一个重要的研究课题,另外,双丝焊的焊接工艺参数匹配对焊缝成形、熔滴过渡的稳定性也存在很大的影响。本文构建了一套双丝GMAW焊接平台,包括自动焊接系统、电信号采集系统以及高速摄影系统;针对焊接过程中的电弧形态、熔滴过渡模式、电流电压波形进行系统的研究和分析,对电弧干扰的成因给出了解释和抑制方法;分析了在双丝GMAW焊接过程中弧长变化引起的稳定焊接工作点的迁移;分析了工艺参数匹配对焊缝成形的影响规律,最后,采用双丝GMAW对焊和橫焊E36钢,对比分析了单丝和双丝的焊接头显微组织、力学性能、焊接效率和极限速度。结果表明,单丝GMAW焊接电弧呈钟罩型,焊接过程稳定;双丝GMAW焊接电弧会产生一定偏移,增大引导弧(前弧)电流使之大于跟随弧(后弧),增大双丝间距,采用混合保护气替代纯氩保护气体都可以有效缓解电弧干扰现象,使焊接过程趋于稳定。单丝GMAW焊接熔滴过渡模式为射滴+射流过渡,熔滴过渡稳定。双丝GMAW焊接熔滴过渡躁动性增强,过渡路径向两弧中心偏离,增大引导弧(前弧)电流使之大于跟随弧(后弧),熔滴过渡过程会趋于稳定。采用FLOW-3D模拟与实验结合研究双丝焊工艺参数对焊缝成形的影响,得到引导弧电流大于跟随弧电流的这种电流配比下,熔池内部同时存在“推-拉”流动方式和向外流动方式,焊缝成形更优良,引导丝电流减小,不存在明显的“推-拉”方式,只存在向外流动方式,出现液态金属收缩和提前凝固现象,焊缝成型差。在双丝焊应用方面,对比单丝GMAW与双丝GMAW对接焊E36钢,发现单丝与双丝对接焊焊接接头金相组织、力学性能相近。在相同速度下,双丝焊接的效率要比单丝焊接高出37.5%;在相同电流电压参数下,双丝GMAW可以达到的无驼峰缺陷的极限焊接速度更高。将双丝GMAW应用于60mm深度坡口大厚板的横焊,采用最佳焊接规范参数可取得高效高质量的焊缝成形。


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