【摘要】：雙面雙弧焊符合高效優(yōu)質(zhì)、低能耗、微變形的現(xiàn)代焊接要求,在船舶制造、壓力容器、核電裝備、海洋工程等領(lǐng)域已有不少應(yīng)用,但目前針對雙弧作用機制、熔池受力規(guī)律、焊縫成形原理、熱量傳輸特性等方面的研究工作較少。因此,本文從中等厚度(5～10mm)鋁合金和高氮鋼雙面同軸TIG焊工藝出發(fā),系統(tǒng)開展了電弧形態(tài)、熔透模式、熔池受力和熱量傳遞等多角度研究。建立了雙機器人協(xié)同雙面同軸TIG焊系統(tǒng),開展了鋁合金雙面同軸TIG焊工藝試驗,分析了焊接速度、雙弧間距、熱量分配等參數(shù)對鋁合金成形質(zhì)量的影響規(guī)律。研究表明,雙面同軸TIG焊工藝可有效增加熔深,大幅提高能量利用率,并對焊縫氣孔和變形有良好的抑制作用。研究了高氮鋼的雙面同軸TIG焊工藝特性。發(fā)現(xiàn)高氮鋼熔池粘度大,潤濕性差,采用恒流焊易導(dǎo)致駝峰缺陷,而采用脈沖焊可獲得穩(wěn)定的成形質(zhì)量。純氬保護時焊縫幾乎無氣孔產(chǎn)生,但當(dāng)保護氣中加入氮氣后,氣孔隨之出現(xiàn),且隨著氮氣比例的提升而增多。研究發(fā)現(xiàn)雙面同軸TIG焊存在熔入和穿孔兩種熔透機制。穿孔焊時熱輸入大,雙弧透過“小孔”產(chǎn)生相互“沖擊”,形成持續(xù)的“尾焰反射”現(xiàn)象,焊接穩(wěn)定性和成形可控性差;熔入焊時熱輸入較小,焊接過程穩(wěn)定,易獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。通過對雙面同軸TIG立焊、平-仰焊和橫焊熔池進行受力分析,揭示了不同位置焊接接頭的成形機理。重力為雙面同軸TIG焊熔池流動的主要驅(qū)動力。雙面同軸平-仰焊和橫焊時,重力方向與焊接方向垂直,重力對熔池成形的負(fù)面影響較大,致使成形難度提高,導(dǎo)致平仰焊接頭以上凹下凸的“倒拱橋”形為主,橫焊接頭多呈不對稱偏心狀;而立焊時重力方向與焊接方向相反,重力對熔池成形的負(fù)面影響較小,更易獲得優(yōu)質(zhì)接頭。通過數(shù)值模擬、熔化效率計算和傳熱理論分析相結(jié)合的方式,揭示了雙面同軸TIG焊熔深提高的內(nèi)在機理。模擬結(jié)果表明,雙弧電流相等時,雙面同軸焊的接頭橫截面和縱截面的溫度場均對稱分布,而單面焊為非對稱分布。雙弧中心連線上,雙面同軸焊的溫度分布呈“U”形,而單面焊的溫度隨著電弧遠(yuǎn)離而單調(diào)減小,最高溫度低于雙面同軸焊。與工件兩側(cè)相比,雙面同軸焊的熔池交匯區(qū)熱流較大,有利于熱量傳入。與單面焊相比,雙面同軸TIG焊的熔化效率大幅提高,并隨雙弧間距和焊接速度的增大而減小。雙面同軸焊的熔化面積并非兩個單面焊的直接求和,雙弧熱量之間有強烈的交互作用,使熱量產(chǎn)生集聚和增益效應(yīng),從而大幅提高熔透能力,節(jié)約能源。為檢驗雙面同軸TIG焊的接頭質(zhì)量,對典型鋁合金和高氮鋼接頭的微觀組織和力學(xué)性能進行表征與測試。結(jié)果表明,鋁合金接頭組織分布均勻,未產(chǎn)生元素偏析;立焊接頭的抗拉強度可達(dá)到母材的96.2%,斷后伸長率為母材的86.6%;平-仰焊接頭的抗拉強度可達(dá)到母材的90.7%,斷后伸長率為母材的53.1%;鋁合金接頭未發(fā)現(xiàn)明顯軟化。高氮鋼接頭的抗拉強度達(dá)到母材的81.9%,但接頭的塑性降低;隨著保護氣中氮氣比例的提高,焊接過程弧壓升高,焊縫的含氮量和枝晶臂間距增大而鐵素體含量減少;與純氬保護相比,氮氬混合保護的接頭硬度獲得了大幅提高,但隨氮氣添加比例的持續(xù)增加,接頭硬度的變化不大。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG444.74
【圖文】：

頭熔深更大；（２）能量利用率高；（３）焊接變形��；（４）中厚板對接焊不開坡口、無需逡逑清根，節(jié)省工序，提高效率。雙面雙弧焊工藝在壓力容器、核電傳輸、艦船制造、海洋逡逑工程等領(lǐng)域已得到應(yīng)用，如圖１．１所示，但目前仍以手工或半自動焊為主。逡逑１逡逑

雙面同軸ＴＩＧ焊對稱雙面雙弧焊與錯位雙面雙弧焊，按照焊接焊、雙面雙弧橫焊和雙面雙弧環(huán)焊。以下從電工藝的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。逡逑焊工藝是美國Ｋｅｎｔｕｃｋｙ大學(xué)Ｙ．Ｍ．ＺＨＡＮＧ在１優(yōu)勢在于能顯著提高熔深并大幅提高效率，實接原理如圖１．２所示，等離子弧焊槍和鎢極氬等離子焊接電源正負(fù)極各連接一把焊槍，焊接電源型雙面弧焊工藝可完成平－仰焊、立焊和橫Ｐｏｗｅｒ逡逑

焊理１．２示，等子焊槍和鎢極氬件上下兩側(cè)，變極性等離子焊接電源正負(fù)極各連接一把焊槍，焊接沿焊接方向運動。單電源型雙面弧焊工藝可完成平－仰焊、立焊和Ｐｏｗｅｒ逡逑Ｓｕｐｐｌｙ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ、邐一邐ｔ逡逑ｉ邋ｒｒ．逡逑Ｔｏｒｃｈ逡逑１＿一邋Ａ逡逑ｗｏ＾—邐Ａ邋１逡逑＾邋＾邐Ｔｏｒｃｈ邐Ｊ逡逑ｌ邐ｕＴｗ0逡逑（ｂ）逡逑圖１．２單電源型雙面弧焊系統(tǒng)逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｄｏｕｂｌｅ－ｓｉｄｅｄ邋ａｒｃ邋ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｂｙ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｗｅｌｄｉｎｇ邋ｐｏｗＹ．Ｍ．邋ＺＨＡＮＧ等Ｍ學(xué)者從能量的角度對小孔等離子－電弧焊接小孔ＤＳＡＷ町以大幅提高焊縫的深寬比，相比傳統(tǒng)的等離子弧焊７０％。同時建立了邋ＤＳＡＷ傳感控制系統(tǒng)（圖１．３），通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)控焊縫，可？次性焊透１０ｍｍ的對接試板。逡逑

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本文編號：2773310