【摘要】：高速焊是高效化焊接研究的重要分支,對(duì)提升焊接生產(chǎn)技術(shù)水平具有十分重要的意義,但長(zhǎng)期以來(lái),高速焊接時(shí)存在的駝峰焊道和咬邊缺陷問(wèn)題嚴(yán)重制約了高速焊技術(shù)的發(fā)展。論文提出“熔池流動(dòng)動(dòng)量分析方法”對(duì)駝峰焊道和咬邊缺陷的形成機(jī)理進(jìn)行解釋,提出“焊接熔池補(bǔ)償氣體射流方法”用于抑制駝峰焊道和咬邊缺陷,并進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究。本文主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、論文提出一種“熔池流動(dòng)動(dòng)量分析方法”解釋駝峰焊道形成機(jī)理,該方法將焊接過(guò)程中的熔滴、母材與熔池液流作為三個(gè)獨(dú)立對(duì)象進(jìn)行研究,從運(yùn)動(dòng)速度和動(dòng)量角度比較常規(guī)焊接與高速焊接熔池差異,指出熔池液流相對(duì)母材動(dòng)量大小是高速焊接時(shí)駝峰焊道形成的主要原因之一。在高速焊接狀態(tài),熔滴的前向初始動(dòng)量較大,熔池液流受電弧力、氣流力作用時(shí)間短,導(dǎo)致熔池液流與母材的相對(duì)動(dòng)量較小,液態(tài)流輸運(yùn)液態(tài)金屬的能力明顯下降,無(wú)法實(shí)現(xiàn)在熔池尾部形成具有恒定高度的穩(wěn)定液態(tài)金屬堆積。這種情況下,熔池中的液態(tài)金屬幾何形貌主要由表面張力起主要作用,容易出現(xiàn)在周期性滯止點(diǎn)收縮并凝固形成駝峰焊道的缺陷。2、論文提出一種“焊接熔池補(bǔ)償氣體射流方法”對(duì)駝峰焊道和咬邊進(jìn)行抑制,達(dá)到“削峰填谷”效果。該方法引入氣體射流沖擊未凝固的焊接熔池,達(dá)到人為干預(yù)焊后熔池運(yùn)動(dòng)的目的。論文從理論上研究了可行性,并對(duì)其主要特征和作用以及工作機(jī)制進(jìn)行闡述,揭示了焊接熔池補(bǔ)償氣體射流方法在高速焊中具有“削峰填谷”作用,同時(shí)提出了基于該方法的304不銹鋼脈沖MIG高速焊整體構(gòu)想。試驗(yàn)表明,氣體射流有明顯改變焊縫形貌、提高焊接熱效率的作用。補(bǔ)償了氣體射流段焊縫余高降低,熔寬增加,熔深也略有增加,焊縫外觀形貌和熔合比明顯優(yōu)于傳統(tǒng)焊接方式所得到的焊縫。3、建立了熔池補(bǔ)償氣體射流方法的智能化焊接平臺(tái)及高速焊參數(shù)優(yōu)化與焊縫質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。構(gòu)建了補(bǔ)償氣體射流氣路系統(tǒng),并采用智能化控制策略對(duì)弧焊電源進(jìn)行控制和優(yōu)化;利用大步長(zhǎng)標(biāo)定和局部Newton插值法思想建立專家數(shù)據(jù)庫(kù)自學(xué)習(xí)自調(diào)節(jié)工藝參數(shù)機(jī)制;通過(guò)優(yōu)化高速焊工藝參數(shù),進(jìn)行了有/無(wú)補(bǔ)償氣體射流情況下多項(xiàng)高速焊工藝試驗(yàn);采用現(xiàn)代圖像處理技術(shù),建立了新的焊縫外觀特征提取和評(píng)價(jià)方法,該方法利用二值圖像方法進(jìn)行焊縫輪廓信息提取,利用圖像強(qiáng)度曲線表征焊縫平直特性,通過(guò)邊緣檢測(cè)算子及數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法對(duì)有/無(wú)補(bǔ)償氣體射流焊縫進(jìn)行邊緣檢測(cè)提取預(yù)處理,利用圖像全局熵、圖形相似性技術(shù)對(duì)經(jīng)預(yù)處理的焊縫圖像進(jìn)行比較與分析研究,獲得了采用補(bǔ)償氣體射流焊接方式焊縫外觀的定量評(píng)價(jià)結(jié)果。試驗(yàn)表明,在相同或相近參數(shù)下,有補(bǔ)償氣體射流焊接速度與無(wú)補(bǔ)償氣體射流焊接速度比達(dá)220%~288.1%;焊縫橫截面分析顯示,成形系數(shù)和熔合比明顯優(yōu)化,對(duì)凸起部位金屬最大調(diào)節(jié)率達(dá)68.16%,母材內(nèi)金屬橫截面熱效率提升達(dá)22.6%。4、開(kāi)展了有無(wú)補(bǔ)償氣體射流的焊縫微觀組織分析及力學(xué)性能測(cè)試對(duì)比性研究。測(cè)試表明,焊接熔池補(bǔ)償氣體射流方法可明顯抑制高速焊接中的駝峰焊道和咬邊缺陷,顯著提升焊接速度,改善焊縫外觀形貌和力學(xué)性能。補(bǔ)償氣體射流對(duì)熔池具有明顯攪拌作用,改變粗大柱狀晶、樹(shù)枝晶生長(zhǎng)環(huán)境,使焊縫中心、焊趾區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)、焊縫表面等區(qū)域晶粒細(xì)化;拉伸強(qiáng)度測(cè)試顯示,使用補(bǔ)償氣體射流方法的測(cè)試指標(biāo)參數(shù)全面占優(yōu)。補(bǔ)償氣體射流焊縫承受斷裂載荷能力與無(wú)補(bǔ)償氣體射流焊縫承受斷裂載荷能力比達(dá)110.4%~120.9%。采用補(bǔ)償氣體射流的焊縫中心區(qū)域硬度更高;彎曲試驗(yàn)表明,補(bǔ)償氣體射流焊縫韌性良好,無(wú)斷裂和裂紋源產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG457.11
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本文編號(hào)：2674356