水下局部干法药芯焊丝脉冲焊电弧行为模拟研究

摘要

随着我国建设“海洋强国”战略目标的持续推进，大型海洋工程技术与装备被列为优先发展的主题，水下焊接技术作为海洋工程装备技术中重要的组成部分，对于海洋资源开发建设发挥着极其重要的支撑作用。为此，我们尝试采用药芯焊丝脉冲MAG焊进行水下局部干法的全位置焊接操作。同时考虑到焊工在利用排水罩进行焊接操作时，焊枪保护嘴会对焊工的视线造成遮挡，本课题尝试通过设计专门的局部干法焊接模拟装置取代焊枪保护嘴来实现保护效果。
　　为了探索局部干法药芯焊丝脉冲MAG焊在全位置焊接过程中的可行性，根据药芯焊丝脉冲MAG焊在不同焊接位置的特点，设计搭建了局部干法焊接模拟试验系统，包括焊接电源、送丝系统、局部干法焊接模拟装置、电信号采集和高速摄像系统。另外选取了全位置中典型的平焊和仰焊位置进行试验，研究不同的焊接工艺参数对焊接过程中的电弧形态、熔滴过渡形式和焊缝成形等的影响规律。
　　在平焊焊接位置，随着焊接电流的上升，电弧根部直径逐渐减小，电弧与工件的接触直径逐渐增大，弧长逐渐变短，熔滴过渡形式由多脉一滴的大滴过渡转变为一脉多滴的射滴过渡，在190A时得到理想的一脉一滴的过渡形式。随着导电嘴到工件之间距离的增加，焊接电弧由钟罩形变成了长而发散的束状，当导电嘴到工件的距离为15mm时，熔滴过渡表现为正常的一脉一滴的过渡形式。当电极前倾时，电弧向熔池正前方倾斜，随着焊枪角度的减小，焊接电弧由钟罩形变为长而发散的束状，液态熔滴受电弧力的水平分力的影响，一旦冲出熔池，就会落在焊缝正前方形成飞溅。
　　在仰焊焊接位置，为了防止焊接热输入过大，焊接工艺参数明显偏低，在焊接电流为165A时，熔滴过渡保持在稳定的两脉一滴形式。通过对比不同焊接速度下的焊缝外观，可以得到与焊接电流165A最匹配的焊接速度为6mm/s。当导电嘴到工件之间的距离在15-25mm的范围内时，焊道均匀一致，焊缝表面成形良好。当电极前倾时，随着焊枪角度的减小，焊接电弧力在竖直方向上的分力逐渐减小，水平电弧分力逐渐增大，当焊枪与水平面夹角下降到60°时，下落的熔滴和脱离焊缝金属的液态金属在电弧水平分力的作用下就会形成大量的飞溅，对焊缝成形和焊接过程的稳定性造成影响。

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摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 水下焊接技术及国内外研究进展

1．2．1 水下湿法焊接技术

1．2．2 水下干法焊接技术

1．3 熔化极脉冲焊的原理、特点及应用

1．3．1 脉冲焊接的基本原理

1．3．2 脉冲焊接的工艺特点

1．3．3 熔化极脉冲焊的熔滴过渡及电弧行为特点

1．4 水下全位置焊接的研究现状及存在的问题

1．5 课题研究目标和内容

第2章 焊接设备及试验方法

2．1 引言

2．2 局部干法焊接过程模拟系统

2．2．1 焊接电源

2．2．2 送丝系统

2．2．3 局部干法焊接模拟试验装置

2．3 试验材料

2．4 试验研究方法

2．4．1 焊接试验过程

2．4．2 高速摄像系统

2．4．3 电信号采集与同步系统

2．5 本章小结

第3章 局部干法药芯焊丝脉冲MAG平焊焊接行为研究

3．1 引言

3．2 平焊焊接过程力学行为分析

3．2．1 焊接电弧作用力

3．2．2 熔滴上的受力情况

3．2．3 平焊焊接位置液态熔池的受力情况分析

3．3 焊接基本条件的确定

3．3．1 典型药芯焊丝脉冲MAG焊的电弧形态

3．3．2 模拟箱体中保护气体流量和通气时间的确定

3．4 不同工艺参数对电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．4．1 焊接电流对平焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．4．2 焊接电压对平焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．4．3 焊接速度对平焊电弧形态和熔滴过渡行为的影响

3．4．4 焊丝伸出长度对平焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．4．5 焊接方向及焊枪角度对平焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．4．6 焊接极性对平焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

3．5 本章小结

第4章 局部干法药芯焊丝脉冲MAG仰焊焊接行为研究

4．1 引言

4．2 仰焊焊接位置液态熔池的受力情况分析

4．3 不同工艺参数对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．3．1 焊接电流对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．3．2 焊接电压对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．3．3 焊接速度对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．3．4 焊丝伸出长度对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．3．5 焊接方向和焊枪角度对仰焊电弧形态及熔滴过渡行为的影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢