發(fā)布時(shí)間：2020-02-11 21:27

【摘要】：制造大型厚壁結(jié)構(gòu)件時(shí)不可避免的需要在非水平位置焊接,較大的焊接工作量也對(duì)焊接效率提出了更高的要求。窄間隙MAG焊是一種高效的焊接技術(shù),目前主要應(yīng)用于厚板的水平位置焊接。本文將擺動(dòng)電弧技術(shù)應(yīng)用于窄間隙MAG焊接中,開發(fā)適用于空間多位置的擺動(dòng)電弧窄間隙焊接工藝,實(shí)現(xiàn)厚壁結(jié)構(gòu)的高效化空間多位置焊接。論文在設(shè)計(jì)開發(fā)擺動(dòng)電弧窄間隙焊炬的基礎(chǔ)上,對(duì)空間多位置擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊熔滴過渡與焊縫成形進(jìn)行了研究,分析了平焊、立向下焊、仰焊及立向上焊熔池特征及形成過程,根據(jù)不同位置的焊縫成形特點(diǎn),建立了焊接參數(shù)與焊縫成形尺寸的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型,并優(yōu)化工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)了管道擺動(dòng)電弧窄間隙全位置焊接,獲得了成形良好的管道窄間隙全位置焊接接頭。針對(duì)空間多位置窄間隙MAG焊接工藝要求,在綜合考慮其它電弧擺動(dòng)方案優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,確定了導(dǎo)電嘴弧形擺動(dòng)方案,并開發(fā)設(shè)計(jì)了擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊炬及其配套噴嘴。采用工藝試驗(yàn)的方法檢驗(yàn)了擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊炬的可靠性。焊炬性能穩(wěn)定可靠,可以進(jìn)行大規(guī)范、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的窄間隙焊接,為熔滴過渡和熔池行為的研究提供了條件。采用高速攝像系統(tǒng)和焊接電信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)擺動(dòng)電弧窄間隙焊熔滴過渡過程進(jìn)行了觀察。在擺動(dòng)電弧窄間隙焊接中,側(cè)壁附近處的熔滴過渡頻率高于坡口中間區(qū)域的熔滴過渡頻率。焊絲在坡口之間的擺動(dòng)改變了焊絲與側(cè)壁之間的距離,引起了焊接電弧長(zhǎng)度的變化,使得焊接電流發(fā)生了波動(dòng),最終導(dǎo)致了熔滴過渡的規(guī)律性變化。這會(huì)將更多的電弧熱量和填充金屬分配到坡口側(cè)壁,對(duì)于保證側(cè)壁熔合和抑制非平焊位置熔池流淌具有積極作用。隨后研究了送絲速度、焊接電壓、擺動(dòng)速度及擺動(dòng)角度等參數(shù)對(duì)熔滴過渡影響。研究了平焊、立焊及仰焊的熔滴過渡過程。焊接位置變化時(shí),熔滴過渡頻率及熔滴直徑隨之改變。焊接位置由平焊-立焊-仰焊轉(zhuǎn)變時(shí),熔滴過渡頻率下降,熔滴直徑增加,熔滴過渡難度增大。側(cè)壁附近的熔滴過渡頻率高于中間區(qū)域的過渡頻率,這一變化規(guī)律不會(huì)因焊接位置的改變而改變。焊接位置對(duì)中間區(qū)域的熔滴過渡影響比對(duì)側(cè)壁附近的熔滴過渡影響更為顯著。為了深入理解空間位置擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊的熔池傳熱、傳質(zhì)過程,結(jié)合擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊工藝特點(diǎn),建立了三維、動(dòng)態(tài)的空間多位置擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊熔池?zé)崃黢詈蠑?shù)值計(jì)算模型,所建模型考慮電弧壓力、電磁力和表面張力等因素的影響,也考慮了熔滴、擺動(dòng)路徑、窄間隙坡口及焊接位置等因素對(duì)熔池的作用。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)得到的焊縫橫截面的對(duì)比驗(yàn)證了模型的可靠性與合適性。在所建熔池?cái)?shù)值模型的基礎(chǔ)上,揭示了擺動(dòng)電弧窄間隙焊的溫度場(chǎng)特征,著重闡述了平焊、立向下焊、仰焊及立向上焊的熔池行為特征與熔池形成過程。結(jié)果表明,熔池在形成初期,均為中間下凹的形狀,但是不同位置下熔池的最終形態(tài)呈現(xiàn)中間凸起或者中間下凹的特征,其中平焊和立向下焊熔池中間下凹,而仰焊和立向上焊熔池則為中間凸起。熔池金屬沿著側(cè)壁熔化區(qū)域向上鋪展一定高度,該側(cè)壁鋪展高度決定了熔池在側(cè)壁處的最終高度,若熔池尾部補(bǔ)充金屬量較少,導(dǎo)致熔池中間高度小于側(cè)壁鋪展高度,熔池最終形態(tài)為中間下凹,反之為中間凸起。熔池的最終形態(tài)受到熔池金屬流動(dòng)方向、補(bǔ)充金屬量、高溫保留時(shí)間及側(cè)壁鋪展高度等因素的影響。在上述理論研究的基礎(chǔ)上,對(duì)擺動(dòng)電弧窄間隙全位置焊縫成形進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)全位置焊接的焊縫成形特征,將全位置焊接分為0-180°和180-360°兩個(gè)焊接位置區(qū)間,焊接位置在0-180。區(qū)間的焊縫成形特征為橫截面中間下凹,熔深較淺；焊接位置在180-360。區(qū)間的焊縫成形特征為橫截面中間凸起,熔深較大。采用基于中心旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的響應(yīng)曲面法建立了送絲速度、焊接速度、擺動(dòng)角度、側(cè)壁停留時(shí)間、焊接位置與焊縫成形尺寸之間的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)不同區(qū)間的焊縫成形特征設(shè)定了優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化了典型焊接位置下的焊接參數(shù)及焊縫成形。將所開發(fā)的擺動(dòng)電弧窄間隙全位置MAG焊工藝應(yīng)用于厚壁管道的全位置焊接,以檢驗(yàn)該工藝的實(shí)用性及可靠性,最終獲得了成形良好、性能優(yōu)良的厚壁管道窄間隙全位置焊接接頭。
【圖文】：

１．２N２平巧里力策略逡逑焊接烙池主要受到烙化金屬重力、電弧壓力及烙滴沖擊力的綜合作用，其逡逑中重力是造成烙池失穩(wěn)的最主要的因素。圖１－４給出了全位置ＭＡＧ焊絲指向逡逑徑向時(shí)烙池受力的變化示意圖ＰＷ。從圖中可Ｗ看出，若將重力分解為徑向作用逡逑力Ｇｏ和切向作用力Ｇｉ，在上半圈時(shí)只有切向作用力會(huì)破壞烙池的穩(wěn)定性，而逡逑在下半圈時(shí)，徑向和切向作用力均會(huì)對(duì)烙池的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響；電弧力與逡逑烙滴沖擊力在一定程度上可Ｗ抵消重力對(duì)烙池穩(wěn)定性的不利影響。根據(jù)全位置逡逑焊接烙池受力特點(diǎn)，焊接工作者們提出了改變電弧力大小與方向的方法來平衡逡逑烙池重力的策略。逡逑文獻(xiàn)［１３］在對(duì)厚板進(jìn)斤全位置焊接試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)焊槍指向?qū)缚p成形的影響逡逑較大，并給出了不同焊接位置所適用的焊接角度，如圖１－５所示。逡逑通過采用藥忍焊絲或者在焊絲中加入造渣成分來生成類似于埋弧焊中的焊逡逑渣也能在一定程度上達(dá)到穩(wěn)定烙池的目的ＰＳ１。焊接烙池中硫元素的含量會(huì)影響逡逑烙池表面張力n認(rèn)凳估映乇礱娉魷直礱嬲帕μ荻齲傭跋燉映亓鞒�。辶x賢ü謀浜阜熘械牧蛟睪坷錘謀潯礱嬲帕Φ奶荻卻笮『頭較潁部桑子糜阱義戲瞧交暈恢彌械睦映乩疲校住ｅ義瞎豕ひ蕩笱в窶サ確治雋巳恢煤附庸討瀉蓋菇嵌榷院阜斐尚蔚撓板義舷旃媛桑校鍘Ｔ諏⑾螄潞附游恢檬，

本文編號(hào)：2578597