窄间隙高速旋转电弧焊接工艺的研究

摘要

随着焊接结构的大型化,焊接工件的厚度越来越大,窄间隙焊接较高的力学性能和焊接效率等优点受到侧壁熔合等问题的制约,高速旋转电弧通过电弧旋转,可以改善侧壁熔合和熔滴过渡。本研究采用10Ni5CrMoV钢,JS80焊丝,主要研究了窄间隙高速旋转电弧焊接工艺。本文研究的重点是旋转频率对电弧形貌和熔滴过渡的影响,主要运用焊接机器人,旋转电弧控制器等调整出需要的焊接规范,运用高速摄影仪拍摄在不同的焊接工艺下的电弧形貌和熔滴过渡形态。电弧的旋转是由于导电嘴旋转而造成的,旋转频率增加使得电弧明亮区变大;通过熔滴半径与焊丝半径对比法和液体体积相等法,测量了不同旋转频率时对应的熔滴半径,发现旋转频率的增加能够促进熔滴过渡,具体表现在熔滴半径减小。最后,本文对熔滴过渡过程做了适当的力学模型简化,把熔滴过渡简化成为了一个初速度(熔滴脱落后离心力转化为了水平方向的初速度)在两个定力(等离子流力+重力)下的运动问题,并用Matlab模拟了熔滴的运动轨迹,发现随着旋转频率的增加,熔滴偏离中心位置的位移量有所增加,这从熔滴过渡的角度解释了旋转电弧改善侧壁熔合的原理。本文为大厚板钢焊接在造船,潜艇方面的应用提供了技术支撑。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 窄间隙焊接技术

1.1.1 窄间隙焊接的定义

1.1.2 窄间隙焊的技术特点

1.1.3 窄间隙焊接的分类

1.2 窄间隙电弧焊接技术的研究现状

1.2.1 窄间隙焊接的研究与应用现状

1.2.2 窄间隙高速旋转电弧焊接技术的研究现状

1.3 课题的研究内容和意义

第二章 实验内容和研究方法

2.1 焊接装置

2.2 试验材料

2.3 坡口的设计

2.4 电弧动态行为高速摄影观测

2.5 熔滴过渡行为高速摄影观测试验

2.6 本章小结

第三章 焊接规范对电弧形貌的影响

3.1 电弧随着偏心导电嘴的旋转而旋转

3.2 电弧的明亮区随旋转频率的增大而增大

3.3 焊接规范对电弧行为的影响

3.4 本章小结

第四章 焊接规范对熔滴过渡行为的影响

4.1 电弧旋转促进熔滴过渡

4.2 旋转电弧熔滴过渡的力学模型

4.2.1 电磁收缩力

4.2.2 表面张力

4.2.3 等离子流力

4.3 旋转频率对熔滴过渡轨迹的影响

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

符号与标记

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文