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高速GMAW焊接驼峰焊道的产生过程及抑制

胡志坤  
【摘要】: 现代制造业的快速发展对焊接生产效率提出了越来越高的要求。提高焊接生产效率的重要途径之一是提高焊接速度。然而对于常规焊接工艺,随着焊接速度的提高,会出现咬边或驼峰焊道等焊缝成形缺陷,这些缺陷的产生严重影响了焊接质量,限制了焊接速度的进一步提高。激光焊和电子束焊虽然可以在较高的焊接速度下得到良好的焊缝成形,但其设备及运行成本高,并且对工件装配精度要求高,限制了其更广泛的应用。如果针对常用的电弧焊,研究焊接速度提高时焊缝成形缺陷的形成机理,进而提出一定的抑制措施,在此基础上对常规电弧焊工艺做适当改进,得到一种成本低廉、可广泛推广的高速焊接工艺,对于大幅度提高焊接生产效率具有重要的理论意义和工程实用价值。 搭建了高速GMAW焊接的实验平台,设计了固定焊枪的夹具。开展了高速GMAW焊接工艺试验,考察了在不同工艺条件下驼峰焊道的产生过程及其特点,找出了焊接电流和焊接速度对驼峰焊道的影响规律。利用加装滤光片的工业CCD摄像机对驼峰焊道形成过程进行了实时视觉检测,根据实验结果解释了驼峰焊道的形成机理,并通过上坡焊和下坡焊试验进行了验证。比较和分析了保护气体成分对驼峰焊道产生倾向的影响。通过对驼峰焊道“波峰”和“谷底”处的横断面形状的分析,进一步明确了驼峰焊道的形貌特点。通过实验分析了焊接电流、焊接电压及熔滴过渡形式对临界焊接速度的影响。 基于现有实验设备,研制了可实现高速焊接的双电极熔化极气体保护焊(double-electrode GMAW,即DE-GMAW)系统,通过实验优化了两焊枪之间的组装参数。在DE-GMAW焊接过程中测量了多组焊丝电流I、母材电流I_(bm)和旁路电流I_(bp),通过相同焊接条件下常规GMAW与DE-GMAW的薄板堆焊实验,验证了DE-GMAW中焊接旁路对母材金属的分流作用;明确了旁路电流I_(bp)对DE-GMAW焊接过程及实验结果的影响程度。DE-GMAW焊接时,焊接速度提高到一定程度后焊缝成形良好,没有产生成形缺陷。比较了相同焊接条件下DE-GMAW与常规GMAW的临界焊接速度,分析了前者临界焊接速度有较大幅度提高的原因。


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