窄间隙双丝GMAW三元保护气成分优化

摘要

针对管道焊接过程中厚板焊接效率较低的问题，本文提出采用双丝窄间隙GMAW方法对厚板进行焊接，但窄间隙焊接过程中容易出现侧壁熔合不良的问题，因此进一步提出能否通过改变保护气成分(将传统的二元保护气变为三元保护气)进而改变电弧行为，使侧壁熔深增加，避免出现侧壁熔合不良的问题。
　　由于He导热率较高，能使电弧温度分布均匀，考虑选用Ar+CO2+He作为焊接保护气。首先我们选择了在平焊位置下进行窄间隙单丝焊接，选定保护气流量为40L/min，通过固定He(CO2)含量，变动CO2(He)含量，用Ar补齐其余部分进行焊接。通过高速摄像观察变动保护气后电弧形态的变化，并拍摄电弧照片，观察总结保护气含量对电弧弧根角及弧长的影响，并分析电弧行为的变化规律，得到合适的保护气工艺窗口，发现 He含量处于5%~15%，CO2含量处于5%~15%时，可以得到比较稳定的焊接过程。此外，对焊接过程中电压电流值进行统计，观察保护气含量变动对焊接电压及电流值的影响。
　　通过观察高速摄像拍摄的熔滴过渡情况，结合与高速摄像同步采集的焊接电压信号及电流信号，对焊接过程中熔滴过渡形式进行分析，并以此分析焊缝表面成形与熔滴过渡之间的联系。实验发现，随着CO2含量增加，熔滴过渡形式由射流过渡变为射滴过渡，最后变为短路过渡。随着He含量的增加，熔滴过渡形式由射滴过渡变为射流过渡，再变为射滴过渡。在焊缝中部切取金相件，打磨腐蚀后测量焊缝侧壁熔深，并总结保护气含量对焊缝侧壁熔深的影响。实验发现当He含量处于10%时焊缝侧壁熔深最大，CO2含量为10%时，也可以得到成形良好的焊缝。
　　最后依据选定保护气工艺窗口设计响应曲面法的实验，以CO2含量及He含量为因素，以主从丝侧壁熔深及厚度为响应值，建立响应值与因素之间的关系方程，并研究单一因素的变量对焊接主从丝侧壁熔深及厚度的影响及两因素之间相互作用对响应值的影响。依据所得响应曲面找寻最优化的保护气工艺，试验中选定最优保护气工艺为10%He及11%CO2，实验验证后发现实际值与预测值相差不大，拟合方程较为准确。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 国内外文献综述简析

1.4 课题主要研究内容

第2章 试验材料、设备与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验过程

2.4 焊接过程监测

2.5 金相显微镜

第3章 保护气成分对电弧行为的影响

3.1 单丝直流GMA焊过程中保护气实验设计

3.2 CO2含量对脉冲电弧行为的影响

3.3 CO2含量对焊接电特性的影响

3.4 He含量对焊接电弧的影响

3.5 He含量对焊接电特性的影响

3.6 窄间隙坡口对电弧行为的影响

3.7 本章小结

第4章 保护气成分对熔滴过渡及焊缝成形的影响

4.1 CO2含量对熔滴过渡的影响

4.2 He含量对熔滴过渡的影响

4.3 CO2含量对焊缝成形的影响

4.4 He含量对焊缝成形的影响

4.4 本章小结

第5章基于响应曲面法的保护气工艺优化

5.1 焊接保护气工艺的确定

5.2 单因素焊接参数对焊缝成形的影响规律

5.3 多因素参数对焊缝成形的影响规律

5.4 工艺参数优化的最优解及验证

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢