【摘要】：海洋資源的開發(fā)對于緩解能源危機(jī)有著重要意義,海上開采工程等建設(shè)項目日益增多,這類項目與水下焊接技術(shù)緊密聯(lián)系。水下濕法藥芯焊絲焊接(flux-cored arc welding,FCAW)具有方便操作、高效率、低成本等諸多優(yōu)點,是水下焊接發(fā)展的重要發(fā)展方向之一。由于水下環(huán)境的特殊影響,濕法焊接過程中熔滴過渡主要以低頻率、非軸向的大滴排斥過渡和表面張力過渡為主;氣泡行為對焊接電弧和熔滴過渡具有重要影響,但其規(guī)律尚不明確,這些都對獲得穩(wěn)定焊接過程和良好焊縫成形造成了嚴(yán)重制約。本文通過視覺檢測的手段對熔滴過渡、氣泡行為以及對焊縫成形的影響規(guī)律進(jìn)行了研究,并提出相應(yīng)的優(yōu)化措施,有效改善了水下濕法焊接穩(wěn)定性和焊縫成形。通過嘗試不同光路以及不同的拍攝儀器,設(shè)計了一種水下濕法焊接熔滴過渡圖像拍攝的方法。根據(jù)此方法獲得的圖片包含了清晰的熔滴、電弧、氣泡等信息,結(jié)合同步采集的電信號,分析認(rèn)為表面張力過渡不利于水下濕法焊接的穩(wěn)定性。并且較全面地分析了水環(huán)境條件下的熔滴、電弧、氣泡等相互之間的作用。為研究者們更全面,更清晰的認(rèn)識濕法熔滴過渡提供了依據(jù)。由于水下電弧受壓縮以及水環(huán)境的激冷作用,水下焊道深寬比更大,并且由于熔滴過渡以大滴排斥為主,焊縫不對稱且形貌不均勻。水下濕法焊接的熔滴過渡形式促進(jìn)了飛濺的產(chǎn)生,利用水下飛濺不易粘附母材的特點,計算了水下濕法焊接不同參數(shù)條件下的飛濺率。發(fā)現(xiàn)突然增加的排斥力和氣泡的周期性行為會促進(jìn)排斥型飛濺的生成,較小氣泡內(nèi)壓力的突然增加是產(chǎn)生爆炸式飛濺的主要原因。主氣泡周期性的生長、上浮會將脫離氣泡的飛濺向內(nèi)拉或者直接吞并附近剛逃離的飛濺,使得水下濕法焊接飛濺聚集在焊道兩側(cè)。飛濺的聚集使得焊道更容易出現(xiàn)焊瘤,凹陷等缺陷,通過選取合適的參數(shù)保證焊接過程的穩(wěn)定以及較大的焊接電流能夠有效的降低飛濺的產(chǎn)生量。濕法焊接過程中,氣泡的行為對于電弧的燃燒、熔滴的過渡、熔池的冷卻有著重要的影響。研究了濕法焊接過程中氣泡的形狀、分類以及與電參數(shù)之間的關(guān)系。在選定參數(shù)條件下,氣泡的最大直徑呈正態(tài)分布。提升焊接電流能夠有效的提升氣泡的最大直徑,但隨著焊接電流的增大,更大的焊接電流帶來的氣泡體積上的增益效果減小。為解決濕法焊縫普遍存在渣覆蓋差,表面不平整的問題,提出采用了氣體輔助的方式,將焊接過程中弧柱區(qū)域氣泡的體積提升為普通濕法焊接的三倍,獲得的焊縫渣覆蓋和表面平整度都有了明顯的提升。由于氣泡內(nèi)特殊受力機(jī)制的影響,恒壓模式下水下濕法焊接難以獲得理想的小尺寸和高頻率的熔滴過渡模式。提出利用脈沖焊接電流改變?nèi)鄣问芰l件的新思路。設(shè)計了脈沖焊接電流波形以及弧長控制方案,編譯了基于LabVIEW的采集控制程序,該程序?qū)崿F(xiàn)了預(yù)設(shè)脈沖焊接電流波形的輸出,保證了脈沖水下濕法藥芯焊絲焊接過程的穩(wěn)定性。采集到的電信號和視覺信號表明,脈沖模式下熔滴過渡形式更單一更有利于進(jìn)一步的優(yōu)化熔滴過渡,觀察到的熔滴尺寸均小于5 mm,小于恒壓模式下的熔滴。脈沖模式下短熄弧的頻率大大降低,其電弧的穩(wěn)定性也有了較為明顯的提升。
【圖文】：

參數(shù)范圍內(nèi)（２４Ｖ？４６Ｖ，邋２３７Ａ－４４０Ａ）熔滴的過渡形式進(jìn)行了分類。認(rèn)為主要有逡逑四種熔滴過渡形式：大滴排斥過渡，表面張力過渡，爆炸短路過渡以及潛弧過渡，逡逑如圖１－３所示。郭寧等人發(fā)現(xiàn)熔滴過渡在不同參數(shù)下通常是復(fù)合的，不穩(wěn)定的［１６］，逡逑該研宄較為全面的揭示了水下濕法焊接過程中各電參數(shù)條件下熔滴的形式，但是逡逑由于其提供的圖片缺乏電弧，氣泡等信息，針對熔滴相關(guān)的分析也沒有考慮這些逡逑因素，對于熔滴過渡依然缺乏更加全面、深入的分析。逡逑ＨＨＨＨＨ逡逑ｔ－＾１６４２０邋ｓ邐一邋ｔＨ）．＜＞６１５ｓ邐ｔ：邋．０談？Ｄ邋ｓ邐１逡逑ｍｍｍ逡逑卜０．７５１５．Ｓ逡逑圖１－３邋Ｘ射線背景光源條件下獲得的水下濕法焊接過程中大滴排斥過渡（上）和表面張力逡逑過渡（下）的圖像［１５］逡逑４逡逑

參數(shù)范圍內(nèi)（２４Ｖ？４６Ｖ，邋２３７Ａ－４４０Ａ）熔滴的過渡形式進(jìn)行了分類。認(rèn)為主要有逡逑四種熔滴過渡形式：大滴排斥過渡，，表面張力過渡，爆炸短路過渡以及潛弧過渡，逡逑如圖１－３所示。郭寧等人發(fā)現(xiàn)熔滴過渡在不同參數(shù)下通常是復(fù)合的，不穩(wěn)定的［１６］，逡逑該研宄較為全面的揭示了水下濕法焊接過程中各電參數(shù)條件下熔滴的形式，但是逡逑由于其提供的圖片缺乏電弧，氣泡等信息，針對熔滴相關(guān)的分析也沒有考慮這些逡逑因素，對于熔滴過渡依然缺乏更加全面、深入的分析。逡逑ＨＨＨＨＨ逡逑ｔ－＾１６４２０邋ｓ邐一邋ｔＨ）．＜＞６１５ｓ邐ｔ：邋．０談？Ｄ邋ｓ邐１逡逑ｍｍｍ逡逑卜０．７５１５．Ｓ逡逑圖１－３邋Ｘ射線背景光源條件下獲得的水下濕法焊接過程中大滴排斥過渡（上）和表面張力逡逑過渡（下）的圖像［１５］逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG456.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2707994