焊縫咬邊形成機(jī)理及高速焊工藝研究.pdf

1、焊接速度是薄板高效焊接的重要工藝參數(shù)，制約焊接速度提高的主要障礙之一是咬邊缺陷的產(chǎn)生。 文中通過計(jì)算機(jī)仿真、TIG定點(diǎn)焊接、TIG自由電弧焊接、TIG電磁壓縮電弧移動(dòng)焊接、以及雙弧移動(dòng)焊接等實(shí)驗(yàn)，研究了熔池液體金屬表面張力溫度系數(shù)、溫度梯度、熔池液體流向以及熔池動(dòng)態(tài)深寬比等因素對(duì)焊縫咬邊形成的影響規(guī)律及其預(yù)防措施等。 研究表明，熔池表面液體自熔合線向熔池中心流動(dòng)是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生咬邊的最重要因素。當(dāng)表面活性物質(zhì)的存在(例如鋼

2、中硫含量在0.02-0.04％左右)使得熔池表面張力溫度系數(shù)由負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，TIG定點(diǎn)不填絲焊點(diǎn)均發(fā)生咬邊現(xiàn)象，而用含硫量極低的鐵基金屬(如硫含量小于0.01％)進(jìn)行焊接時(shí)就不出現(xiàn)咬邊。 溫度梯度是影響焊縫咬邊程度的最重要因素。在其他條件不變的前提下，焊縫咬邊程度隨著溫度梯度的增大而增大。大電流短時(shí)間TIG定點(diǎn)焊接時(shí)的咬邊傾向和程度大于小電流長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)焊接時(shí)的咬邊傾向和程度，大電流高速焊接時(shí)的咬邊傾向遠(yuǎn)大于小電流低速焊接時(shí)的咬

3、邊傾向。 增加熔化角可有效減小近熔合線區(qū)的液體流動(dòng)阻力，降低近熔合線區(qū)凝固速度，對(duì)抑制焊接咬邊有明顯作用。當(dāng)有填充金屬加入熔池時(shí)，在重力作用下抑制了熔池金屬向中心流動(dòng)，降低了咬邊程度。隨著填充金屬量的增加，咬邊將最終消除。 數(shù)值模擬和焊接實(shí)驗(yàn)表明，高速焊接條件下的熔池最大熔深截面滯后于最大熔寬截面，使得焊縫的深寬比不能反映熔池冷卻時(shí)的實(shí)際情況，故而依據(jù)最大熔寬和最大熔深截面把熔池分為金屬熔化的前段、熔池兩側(cè)金屬開始凝固而

4、熔池底部仍在繼續(xù)熔化加深的中段和液體金屬凝固的后段。顯而易見，咬邊正是出現(xiàn)在熔寬減小而熔深增加的中段。 文中提出熔池動(dòng)態(tài)深寬比概念：焊接過程中熔寬最大處的熔池深寬比稱為熔池動(dòng)態(tài)深寬比，其對(duì)準(zhǔn)確描述高速焊接條件下的熔池行為具有重要意義。 焊接熱源形態(tài)對(duì)焊接熔池溫度梯度和動(dòng)態(tài)深寬比有重要影響，對(duì)提高焊接速度有重要意義。數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，當(dāng)電弧在電磁場(chǎng)作用下被壓縮成橢圓形(在電弧運(yùn)動(dòng)方向被拉長(zhǎng)而在垂直于電弧運(yùn)動(dòng)的方向被

5、壓縮)，或者雙弧熱源沿運(yùn)動(dòng)方向縱向排列焊接時(shí)，可有效降低熔池垂直于焊接方向的溫度梯度，提高熔池動(dòng)態(tài)深寬比，抑制咬邊產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)更高速度的焊接。 研究表明，采用U-I模式控制，在峰值電壓36V條件下，直徑1.2mm焊絲，Tp小于2.1ms時(shí)，熔滴過渡過程不穩(wěn)定；Tp為2.2～3.2ms時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的一脈一滴過渡方式；Tp高于3.2ms時(shí)，熔滴過渡趨于一脈多滴方式。 通過雙絲焊接工藝實(shí)驗(yàn)及其工藝參數(shù)優(yōu)化得到如下結(jié)論：在線能

6、量相同或者總電流相同的條件下，沿運(yùn)動(dòng)方向排列的雙弧焊接比單弧焊接時(shí)具有更小的橫向溫度梯度和更大的動(dòng)態(tài)深寬比，減小了熔合線區(qū)域液態(tài)金屬向中心流動(dòng)的動(dòng)力，增大了熔池底部金屬向熔合線區(qū)域的補(bǔ)充能力，降低了咬邊傾向，提高了產(chǎn)生咬邊的臨界焊接速度。 以80C196KC單片機(jī)為控制核心，通過軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了焊接規(guī)范給定、脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)、焊接過程時(shí)序控制、焊接電流電壓實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示以及焊接過程狀態(tài)檢測(cè)與判斷等功能，建立了兩臺(tái)電源可相互通信、協(xié)調(diào)工