高速GMAW驼峰焊道成因及GMAW+TOPTIG复合焊抑制机理研究

摘要

熔化极气体保护焊（GMAW）是一种应用广泛、工艺简单且易于实现自动化的高效焊接方法。近年来，许多企业对进一步提高 GMAW的生产效率提出了需求，其最直接的方式是采用高速焊接。然而，焊接过程中，随着焊接速度的增加，极易产生咬边、驼峰焊道及其它焊缝成形缺陷。为了避免高速焊接过程中产生成形缺陷，首先必须对形成这些缺陷的原因进行分析，并依此找出抑制缺陷产生的有效可行方法。本文主要研究熔化极气体保护焊（GMAW）高速焊接过程中驼峰缺陷的形成机制，并提出抑制的方法。本研究对于高速焊接方法的工程应用具有重要的指导意义。
　　开展了焊速2 m/min的高速GMAW焊接。通过改变焊接速度、电弧长度、焊接保护气体等参数，探讨了焊接参数对驼峰缺陷的影响规律。通过搭建高速摄像系统及激光辅助照明系统，观察了驼峰形成过程。研究表明，电弧下端的“固态斑点”是驼峰形成的源头。当“固态斑点”被电弧下方薄的液体层或者回填的液态金属填充，则焊缝成形良好；当“固态斑点”不断积聚，就会形成大的“固态凝固区”。“固态凝固区”既阻止后端液态金属的回流、填充，也阻止了前端液态金属的向后流动，便形成驼峰谷底，而被其分割的两段液态金属不断堆积并凝固形成驼峰波峰。高速焊时，随着速度的提高，热输入变小，电弧下方熔化的液体层变薄，在电弧力或者熔滴撞击力的作用下极易“吹出”或者“撞击出”上述“固态斑点”。因此，“固态斑点”的数量、电弧下方液态金属薄层的面积、“固态凝固区”的大小以及回填液态金属的流动性决定了驼峰缺陷程度。
　　基于驼峰缺陷形成机理分析，开发了可实现高速焊接的GMAW+TOPTIG复合焊接工艺。通过相同焊接条件下常规GMAW和GMAW+TOPTIG的堆焊试验，验证了该复合焊接工艺对驼峰缺陷的抑制作用。即通过TOPTIG的电弧力作用，推动后端液态金属的回填，使GMAW电弧下方产生的“固态斑点”数量及“液态金属薄层”面积变小。通过TOPTIG电弧热作用，减小后端液态金属的表面张力以促进回填液态金属的流动性。使回填作用更加明显。另外TOPTIG的独特送丝功能也抑制了由于TOPTIG电弧所产生的额外“固态斑点”缺陷源。该试验通过优化两焊枪之间的参数组合，达到了焊接速度为2m/min，无驼峰，焊缝成形美观的要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3课题主要研究内容及方法

第二章 高速焊实验平台

2.1实验平台搭建

2.2 实验所用母材及焊材

2.3 本章小结

第三章 单丝GMAW驼峰焊道产生过程及机理研究

3.1 单丝GMAW驼峰焊道的产生

3.2 单丝GMAW驼峰焊道产生机理分析

3.3 本章小结

第四章 GMAW+TOPTIG高速焊接工艺及其驼峰抑制机理

4.1 GMAW+TOPTIG复合焊接方法原理提出

4.2 GMAW+TOPTIG复合焊接系统电路的连接

4.3 GMAW+TOPTIG（不填丝）复合焊工艺试验

4.4 GMAW+TOPTIG（填丝）复合焊工艺试验

4.5本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

答辩决议书