水下濕法焊接（Underwater wet welding,UWW）因具有成本低、操作簡單及適用能力強等優(yōu)點,在水下海洋結(jié)構(gòu)件建造與維修中獲得了廣泛應(yīng)用。在UWW過程中,電弧周圍營造的局部氣相區(qū),稱為電弧氣泡。由于電弧氣泡與周圍水介質(zhì)的相互作用,其動態(tài)行為會影響電弧穩(wěn)定性,進而將直接決定焊接過程質(zhì)量,所以如何改善電弧氣泡動態(tài)行為是UWW穩(wěn)定施焊的重中之重。鑒于功率超聲在焊接領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,利用其特有的聲學(xué)特性來影響焊接過程具有很好的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼?本文從電弧氣泡行為研究的角度出發(fā),提出超聲輔助水下濕法焊接（Ultrasonic wave-assisted UWW,U-UWW）這一新方法,通過聲輻射力控制電弧氣泡動態(tài)變化來保證焊接過程穩(wěn)定性。文中依次分析聲場作用下氣泡演變過程、電弧穩(wěn)定性及焊縫成形的變化規(guī)律,結(jié)合空間聲場模擬結(jié)果,詳細(xì)地探討超聲的引入對電弧氣泡的影響,揭示電弧氣泡的改變對電弧穩(wěn)定性及熔滴過渡行為的影響機制,并從熱過程變化的角度,闡明U-UWW接頭性能的改善作用。本文的研究不僅為實現(xiàn)聲調(diào)控氣泡技術(shù)提供理論基礎(chǔ),還對提升水下焊接質(zhì)量具有重要意義。分析了常規(guī)UWW和U-UWW電弧... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：168 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

不同涂覆材料成分下快速傅里葉變換頻譜分析

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文間的關(guān)系，開發(fā)了穩(wěn)定性指數(shù)作為新的評價指標(biāo)。相類似地，華南理永華等人[38]提出電弧電壓變異系數(shù)的倒數(shù)可以用來衡量電弧穩(wěn)定性，不錯的穩(wěn)定性評價效果。研究結(jié)果表明，在淺水中施焊時電弧穩(wěn)定性電流的增加而變差，而隨著電弧電壓的增加而呈現(xiàn)增強的趨勢。哈爾學(xué)郭寧等人[39]則以電流電壓變異系數(shù)來表征電弧穩(wěn)定性，研究了電弧化對電流電壓變異系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)在電弧電壓為 32V 時存在電流電數(shù)極小值，并從熔滴過渡特點和氣泡保護效果兩方面闡述了電弧電壓電弧穩(wěn)定性所起到的作用。在此基礎(chǔ)上，通過電流電壓周期圖的方式同硼酸濃度對電弧穩(wěn)定性的影響。結(jié)果如圖 1-2 所示，每個周期圖中區(qū)域，即短路區(qū)、熄弧區(qū)及電弧穩(wěn)定燃燒區(qū)。隨著硼酸濃度的增加，燃燒區(qū)域變得更加分散，而短路區(qū)和熄弧區(qū)工作點的強度顯著增強，短路區(qū)和熄弧區(qū)的比例增加[40]。山東大學(xué)胡家琨等人[41]通過將電弧電與其平均值差值的分布頻率和焊接過程穩(wěn)定性指數(shù)有機結(jié)合，可以很WW 過程的電弧穩(wěn)定性進行直觀比較和定量評價。

需要對熔滴的形狀尺寸、演變過程、過渡穩(wěn)定性等進行更深入的研究。研究 UWW 熔滴過渡過程，首先要解決的是熔滴過渡視覺成像的問題。由于 UWW 的特殊性，很容易在焊接區(qū)域產(chǎn)生大量氣泡導(dǎo)致周圍水環(huán)境的擾動，從而使成像系統(tǒng)的背光光路產(chǎn)生折射和反射，若采用陸上高速攝像系統(tǒng)則無法清晰成像；另外，由于熔滴被外部氣泡包圍并伴隨著大量煙塵產(chǎn)生，這也給熔滴圖像采集帶來了困難。因此，在先前的研究中主要是基于電信號特征對 UWW熔滴過渡行為進行表征，從波形上闡述熔滴過渡過程的部分現(xiàn)象。張琳琳等人[48]通過研究電信號波形的方式考察了預(yù)涂水玻璃對 UWW 短路過程的影響。如圖 1-3 所示，研究發(fā)現(xiàn)在小電流情況下，加入預(yù)熱水玻璃會增加熔滴過渡的短路次數(shù)和時間，并且減小斷弧頻率。但是增大電流后，短路頻率呈現(xiàn)降低的趨勢。Mazzaferro 等人[36]采用同樣的方式研究了不同成分焊條和焊接水深對焊接過程中短路次數(shù)和時間的影響。當(dāng)焊接水深從 5m 增加到 12.5m時，不同成分的焊條都觀察到短路次數(shù)明顯減少，在水深 12.5m~20m 之間，一些成分的焊條保持了這一趨勢，而另一些則顯示出短路次數(shù)小幅度增加。在這里還可以看到添加 CaCO3的焊條出現(xiàn)了少量的短路過程。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]超聲—電弧等離子體作用機制及焊接特性研究[D]. 謝偉峰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
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碩士論文
[1]水下濕法藥芯焊絲焊接過程熔滴過渡、氣泡行為以及焊縫成形的研究[D]. 張勇.山東大學(xué) 2018
[2]水下藥芯焊絲濕法焊接熔滴過渡行為研究[D]. 付云龍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]超聲振動輔助穿孔等離子弧焊工藝及其機理的研究[D]. 趙晨昱.山東大學(xué) 2017
[4]硼酸環(huán)境對水下濕法焊接過程及質(zhì)量的影響研究[D]. 郭偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
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本文編號：3424145