熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）廣泛應(yīng)用于汽車制造、船舶制造、管道焊接等產(chǎn)業(yè)。提高焊接速度是提高其焊接效率的重要途徑。然而,高速焊產(chǎn)生的諸如咬邊和駝峰等焊接缺陷,已經(jīng)成為提高GMAW焊接生產(chǎn)效率的重要障礙。因此,如何抑制高速焊接過程中出現(xiàn)的焊縫成形缺陷已成為當(dāng)下急需攻克的難題之一。采用復(fù)合熱源、特殊保護(hù)氣等焊接方法,可一定程度避免高速焊時(shí)的焊接缺陷。但這些焊接工藝存在工藝操作復(fù)雜、參數(shù)繁多、使用成本高等問題,對(duì)于廣泛的工業(yè)化應(yīng)用還有待深入的研究和改進(jìn)。近年來研究表明,施加外加磁場(chǎng)輔助GMAW焊接具有成本低、耗能少、效率高等特點(diǎn)。本課題將自主設(shè)計(jì)的外加復(fù)合磁場(chǎng)發(fā)生器與焊槍相結(jié)合,同時(shí)產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)和交替的平行磁場(chǎng),用以調(diào)節(jié)熔池內(nèi)液態(tài)金屬的橫向鋪展和縱向流動(dòng),最高焊速可達(dá)1.7 m/min。但上述研究主要針對(duì)GMAW電流恒定的情況。眾所周知,GMAW脈沖焊具有脈沖峰值電流和基值電流的特點(diǎn)。如果GMAW脈沖焊與外加復(fù)合磁場(chǎng)耦合后,能否充分發(fā)揮脈沖電流和復(fù)合磁場(chǎng)對(duì)電弧以及熔滴的調(diào)控優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步提高焊接速度與質(zhì)量,目前仍缺乏研究。因此,本課題通過搭建外加復(fù)合磁場(chǎng)輔助脈沖GMAW高速焊接實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究外... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１表面張力梯度變化導(dǎo)致的熔池流動(dòng)行為示意圖［３３］??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射線設(shè)備觀察高速埋弧焊中熔池的行為。分析認(rèn)為焊接??過程中電弧壓力會(huì)導(dǎo)致熔池液態(tài)金屬向后流動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)咬邊缺陷［３４，３５］。隨著焊??接速度的提高，液態(tài)金屬向后流動(dòng)的效果會(huì)增大。圖１．２是熔池后退與咬邊形成??模型的示意圖，當(dāng)液態(tài)金屬向后流動(dòng)的距離（Ｘｍ）大于熔池中最寬的距離（Ｘｓ）時(shí)，??液態(tài)金屬的橫向鋪展程度不足以將焊縫邊緣充分填充，導(dǎo)致咬邊缺陷的出現(xiàn)。由??于上述模型對(duì)咬邊缺陷產(chǎn)生的機(jī)理只是進(jìn)行了定性的分析，并沒有更深層次的定??量研究，因此，咬邊缺陷的產(chǎn)生機(jī)理還有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?�。荩�??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??圖１．２熔池后退與咬邊形成模型示意圖［３４’３５１??（３）流體靜力學(xué)模型??馮雷等人在考慮表面張力與溶融金屬重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬邊缺陷產(chǎn)生與否的靜力學(xué)模型［３６１。如圖１．３所示，其中＃為水平線??和液氣界面之間的夾角，少為水平線和熔合線之間的夾角。角＾和角０的變化??反映了焊趾處液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??圖１．３焊縫邊緣處液態(tài)金屬的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)［３６１??當(dāng)夕＋０＞０時(shí)，熔融金屬在所受合力的作用下，從焊縫中心向焊縫邊緣鋪展，??焊縫成形良好。當(dāng)Ｐ＋介功時(shí)，焊縫邊緣處液態(tài)金屬向焊縫中心靠攏。當(dāng)＃＋０＝０??時(shí)，在焊趾處的液態(tài)金屬受力狀態(tài)達(dá)到平衡，如果繼續(xù)增大則會(huì)誘發(fā)咬邊缺陷產(chǎn)??３??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射線設(shè)備觀察高速埋弧焊中熔池的行為。分析認(rèn)為焊接??過程中電弧壓力會(huì)導(dǎo)致熔池液態(tài)金屬向后流動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)咬邊缺陷［３４，３５］。隨著焊??接速度的提高，液態(tài)金屬向后流動(dòng)的效果會(huì)增大。圖１．２是熔池后退與咬邊形成??模型的示意圖，當(dāng)液態(tài)金屬向后流動(dòng)的距離（Ｘｍ）大于熔池中最寬的距離（Ｘｓ）時(shí)，??液態(tài)金屬的橫向鋪展程度不足以將焊縫邊緣充分填充，導(dǎo)致咬邊缺陷的出現(xiàn)。由??于上述模型對(duì)咬邊缺陷產(chǎn)生的機(jī)理只是進(jìn)行了定性的分析，并沒有更深層次的定??量研究，因此，咬邊缺陷的產(chǎn)生機(jī)理還有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?�。荩�??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??圖１．２熔池后退與咬邊形成模型示意圖［３４’３５１??（３）流體靜力學(xué)模型??馮雷等人在考慮表面張力與溶融金屬重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬邊缺陷產(chǎn)生與否的靜力學(xué)模型［３６１。如圖１．３所示，其中＃為水平線??和液氣界面之間的夾角，少為水平線和熔合線之間的夾角。角＾和角０的變化??反映了焊趾處液態(tài)金屬的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??圖１．３焊縫邊緣處液態(tài)金屬的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)［３６１??當(dāng)夕＋０＞０時(shí)，熔融金屬在所受合力的作用下，從焊縫中心向焊縫邊緣鋪展，??焊縫成形良好。當(dāng)Ｐ＋介功時(shí)，焊縫邊緣處液態(tài)金屬向焊縫中心靠攏。當(dāng)＃＋０＝０??時(shí)，在焊趾處的液態(tài)金屬受力狀態(tài)達(dá)到平衡，如果繼續(xù)增大則會(huì)誘發(fā)咬邊缺陷產(chǎn)??３??


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