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多丝GMAW焊接电弧干扰及焊接工作点变化研究

作　者: 叶定剑
导　师: 石忠贤；华学明
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多丝GMAW 电弧干扰焊丝工作点变化电弧形态熔滴过渡
分类号: TG444
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着社会经济的大力发展,高效焊接领域已成为焊接学科发展一个重要方向之一。为了大幅度提高焊接速度,在维持焊接线能量大体上保持不变的情况下,一般采用双丝甚至多丝熔化极气体保护焊接方法以提高焊接速度。多丝焊接工艺之所以能够缓解单丝高速焊接中的问题,是由于在熔池凝固之前,能够使更多熔敷金属迅速填满弧坑,这就意味着熔化速度和熔敷效率更大,故能够增大焊接速度。但是多丝焊接也存在一定的问题,比如电弧之间的相互干扰使焊接过程变得不稳定等。本文利用三丝自动焊接系统、数据采集分析系统以及高速摄像系统建立了一套完整的三丝GMAW焊接试验平台,对三丝GMAW焊接工艺、电信号、电弧形态、熔滴过渡形态进行了分析,重点研究了多丝焊接电弧之间的干扰,分析了多丝焊接工作点的变化。采用在单丝中间弧(M弧)稳定焊接过程中增加跟随弧(T弧),同步采集双丝电信号,并拍摄M弧电弧形态及熔滴过渡图片,采用Labview计算M弧电弧几何参数(长度、宽度、面积)及焊丝干伸长,采用转速仪同步测量了在焊接过程中,中间焊机(M弧)的送丝速度的变化。分析在增加焊丝之后,M弧电弧形态、熔滴过渡及焊丝干伸长发生的变化。并研究在单丝中间弧(M弧)稳定焊接过程中,同时增加引导弧(L弧)与跟随弧(T弧),对比分析L弧与T弧对M弧电弧及熔滴过渡的影响。在单丝焊接过程中,电弧基本呈现锥形,单丝焊接时,随着电流增大,电弧亮度也变大,在电流达到300A时,电弧较稳定。在单丝焊接时,熔滴过渡为排斥过渡,在电流达到一定值时形成潜弧过渡,焊接过程中出现焊丝端部偏心熔化和熔滴偏斜现象。根据最小电压原理,在受到额外热源加热后,电弧会膨胀使得电场强度E保持最小值,所以,在单丝(M弧)实现稳定焊接过程中,增加电弧后,M弧弧长增大,电弧面积增大。由于相邻电弧的加热作用,使得M弧电阻热减小,干伸长相应减小,达到双丝(三丝)稳定焊接状态后,M弧的焊接工作点发生了变化。此外,在单丝(M弧)实现稳定焊接过程中,增加左右两根电弧(L弧与T弧)实现三丝焊接,研究三丝电流电压分布对电弧稳定性的影响,在三丝(L、M、T)电弧电流分布中,IL>IT比IL<IT的电弧稳定。当三丝电流电压相同时,断弧明显。三丝焊接时,在引导弧与跟随弧电流不变时,中间弧为排斥过渡,随着中间弧电流的增大,进而向半潜弧和潜弧过渡转变;且存在一个临界M电弧电流值IM0,当IM<IM0时,增大M电弧电流值,凸起逐渐由靠近L弧根部向M弧根部移动;当IM>IM0时,凸起的熔池聚集区消失。最后,研究了在相同的线能量条件下,单、双、三丝焊接焊缝成形及焊接效率。发现,单双三丝,焊缝成形系数逐渐增大,余高系数逐渐减小;在相同的速度条件下,线能量越大,焊缝成形系数越小;保持单、双、三丝焊速为1:2:3,单、双、三丝焊缝成形系数逐渐增大,余高系数逐渐减小,焊接效率增大。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-29
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 高速焊接缺陷形成机理研究现状  13-20
    1.2.1 驼峰形貌  13-15
    1.2.2 驼峰的形成机理  15-19
    1.2.3 缺陷形成机理小结  19-20
  1.3 多丝明弧气保焊焊接技术及其应用现状  20-28
    1.3.1 双（多）丝气保护焊接技术  20-24
    1.3.2 TANDEM 焊接技术  24-28
  1.4 本研究的基本内容与基本方法  28-29
第二章多丝 GMAW 焊接电弧形态及干扰分析研究  29-51
  2.1 多丝 GMAW 焊接电弧形态及偏移分析  29-42
    2.1.1 单丝焊接电弧形态  31-35
    2.1.2 双丝焊接电弧形态及偏移分析  35-38
    2.1.3 三丝电弧形态及偏移分析  38-42
  2.2 多丝 GMAW 焊接电弧干扰分析研究  42-50
    2.2.1 实验装置及方法  42-43
    2.2.2 多丝GMAW 焊接瞬时电信号变化  43-46
    2.2.3 多丝 GMAW 焊接时电弧干扰分析  46-50
  2.3 本章小结  50-51
第三章多丝 GMAW 熔滴过渡及焊接工作点的变化研究  51-87
  3.1 多丝 GMAW 熔滴过渡形态分析  51-77
    3.1.1 单丝GMAW 熔滴过渡形态  55-58
    3.1.2 双丝 GMAW 熔滴过渡形态及焊接工作点的变化分析  58-73
    3.1.3 三丝 GMAW 熔滴过渡形态及焊接工作点的变化分析  73-77
  3.2 多丝 GMAW 焊接熔池流动形态分析  77-85
    3.2.1 单丝GMAW 熔滴过渡影响因素分析  77-80
    3.2.2 双丝GMAW 熔滴过渡及熔池流动形态  80-82
    3.2.3 三丝GMAW 熔滴过渡及熔池流动形态  82-85
  3.3 本章小结  85-87
第四章多丝 GMAW 焊缝成形及焊接效率研究  87-100
  4.1 多丝 GMAW 焊接电流分布对焊缝成形的影响  87-92
    4.1.1 相同线能量条件下，单、双、三丝焊缝成形对比  87-90
    4.1.2 相同的速度不同的线能量条件下，焊缝成形对比  90-92
  4.2 多丝 GMAW 焊接热效率分析研究  92-99
    4.2.1 热效率概念及物理涵义  92-93
    4.2.2 热效率的计算方法  93-94
    4.2.3 多丝焊接热效率分析  94-99
  4.3 本章小结  99-100
第五章结论  100-101
参考文献  101-105
致谢  105-106
攻读硕士期间发表或录用的论文  106

多丝GMAW焊接电弧干扰及焊接工作点变化研究

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