船用钢三丝高速GMAW焊焊接工艺研究

摘要

熔化极气体保护焊作为现代船舶焊接生产中的关键技术之一，在造船工业中起着举足轻重的作用。随着船舶工业生产的不断发展，对提高船舶建造效率的要求越来越高。船舶建造效率的大幅度提高，要求采用先进高效的焊接技术和焊接工艺。在船用钢熔化极气体保护焊领域，提高焊接速度面临的首要问题是高速焊接条件下容易出现咬边、驼峰等焊缝缺陷，限制了焊接效率的提高。本文从焊接工艺角度出发，研究开发了最新的船用钢三丝高速GMAW焊接技术，试验分析了焊接工艺参数与焊缝成形、尺寸间的影响规律，以及三丝高速GMAW焊焊缝接头组织特点，采用此方法可实现1.8m/min焊速下的良好焊缝成形。 本课题建立了一套完整的三丝高速GMAW焊焊接试验系统平台，采用该平台进行试验工作稳定，参数调节方便，并能实时采集电流电压信号，实现了对焊接过程稳定性的分析。 通过试验研究和理论分析，发现了实现三丝GMAW 焊高速焊接稳定和良好焊缝成形的关键因素。三丝焊采用CO2气体保护，DCEP/DCEN/DCEP和DCEN/DCEP/DCEN 极性组合焊接，三丝电弧间电磁相互作用力明显减弱，焊缝成形良好，焊接速度达到了1.8m/min。 通过焊接电流电压规范试验对DCEP/DCEN/DCEP极性焊接过程中的电流电压范围进行了分析，发现三丝焊过程三电弧间存在复杂的共同作用。为了获得良好的焊缝成形，在焊速1.8m/min 条件下，三丝GMAW焊的总焊接线能量大小需控制在电流规范250A/250A/250A 到550/450/450A 范围内；总焊接线能量相近时，三丝电流电压规范分配同样会对焊缝成形产生影响。在此基础上，进一步设计了焊接速度和焊接电流电压规范试验，实现了对三丝焊焊缝几何尺寸的预测。 研究了三焊枪空间位置参数（相邻焊枪间距离、相邻焊枪夹角、焊枪倾角）对焊缝成形及焊缝尺寸的影响，并根据实际焊缝成形的结果，设计了焊丝指向位置偏移试验，相同焊接工艺条件下，三丝指向位置的微小偏移影响角焊缝尺寸和焊缝成形好坏。 本文还对单丝、双丝和三丝GMAW焊焊接工艺在获得相同焊缝脚长条件下的焊接速度、焊接线能量和焊缝接头组织特点进行了比较分析，发现三种焊接工艺的焊接速度近似满足1：2：3 关系，焊缝接头组织相近，粗晶区出现过热组织。