核电厂定位销局部干法水下TIG焊接工艺

以核电厂定位销水下焊接为研究对象,研制双层气体保护的局部干法水下TIG旋转焊枪,运动轨迹通过直流电机带动钨极绕固定直径转动实现.对核级材料Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢进行焊接,研究局部干法水下TIG焊接焊缝成形,优化工艺参数,结合热循环曲线及电弧形态,分析焊接接头显微组织及力学性能.结果表明,当焊枪的内层和外层保护气均通氩气时,焊缝成形良好,电弧形态稳定;增大焊接电流或减小焊接速度均使焊缝熔深增大,熔宽增大;对比水下焊接接头和陆上焊接接头发现,水的快速冷却作用会促使熔合线附近的铁素体的形态由树枝状转变为板条状,奥氏体含量减少,焊缝中心晶粒细化;水下焊接接头的显微硬度和力学性能略高于陆上焊接接头.

中部槽构件摆动电弧窄间隙GMAW焊接接头组织及性能研究

采用摆动电弧窄间隙GMAW对中部槽所用50 mm厚ZG/NM异种钢组合进行了非对称填充式双面焊接。焊后在垂直于焊缝方向切取金相试样进行微观组织观察,同时取样进行力学性能测试,包括硬度测试和拉伸试验。试验结果表明:摆动电弧GMAW有效抑制了侧壁未熔合缺陷,未出现裂纹;不同填充层由于焊接规范差异,导致组织有所不同;所表征各填充层拉伸性能表现良好,与填充金属性能相当,其中深U型一侧底层强度最高,单道V型填充层强度介于U型顶部与底部之间;接头填充金属的硬度随位置发生变化,从U型一侧到V型一侧,硬度值逐渐降低。不同填充层,母材硬度值最高,填充金属硬度值最低,接头强度与硬度的差异主要归因于焊缝金属中铁素体的含量与形态。

TA18钛合金板材焊接工艺对比研究

研究了直流钨极氩弧焊(直流TIG)、脉冲钨极氩弧焊(脉冲TIG)和激光焊接3种不同焊接工艺对TA18钛合金焊接接头宏观形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,与直流TIG焊接工艺相比,脉冲TIG焊接工艺的高频脉冲促使电弧能量集中,整体的焊接热输入减小,焊缝宽度降低;激光焊接工艺可显著降低焊接接头宽度,与直流TIG焊接工艺相比,焊接接头宽度减少约69.5%。TA18钛合金激光焊接接头显微组织主要为网篮状排列的针状马氏体α′相及少量块状相变α相,且针状马氏体α′相更加细小。此外,激光焊接接头具有更高的显微硬度,但弯曲性能相对较低。

NM450/ZG30SiMn构件双丝窄间隙GMAW焊缝成形及组织与性能

采用双丝GMAW进行了50 mm厚NM450与ZG30SiMn异种钢材的窄间隙焊接。在模拟窄间隙坡口内进行了焊丝角度与焊接模式的探索,发现当焊丝夹角为6°、2个焊机的焊接模式均为恒压时,能够得到成形良好、无宏观缺陷的焊接接头。在进行厚板焊接时,2个电弧能够在侧壁稳定燃烧,并且熔体能够充分流动并润湿侧壁使得焊缝呈凹面形态。由于2根焊丝之间呈一定角度,侧壁未熔合缺陷得到有效抑制,并且在未预热的条件下也未出现宏观裂纹。焊缝组织主要为大量针状铁素体与少量块状铁素体,盖面层存在有较多的块状铁素体,而且块体比较大,而打底层与填充层块状铁素体数量较少,而且块体比较小,这也导致打底层焊缝的显微硬度大于填充层焊缝的显微硬度大于盖面层焊缝的显微硬度。

超声-TIG复合焊接装置的研制与应用

不锈钢中厚板材TIG焊接时,存在焊接熔深浅,单道难以实现全熔透的问题.针对这一问题,研制了一套超声-TIG复合焊接装置,以实现借助高密度超声能量增加焊接熔深和提高焊接效率.该装置通过控制电路输入电压调节超声频率,并以主电路来控制超声输出功率.超声输出功率在0～1000W之间可连续调节.应用所研制的复合焊接装置,采用平板堆焊方法,对5mm厚度304不锈钢板进行了熔深对比试验,发现高能量密度超声可以起到增加焊接熔深的作用;并且和现有增加焊接熔深方法相比,试验过程简单,控制方便,满足设计和使用要求.

超声钨极氩弧复合焊接电弧压力特征研究

为了揭示超声钨极氩弧(Tungsten inert gas,TIG)复合焊接电弧特性,采用小孔法获得的稳定电弧压力分布形式,分析超声能量作用下电弧压力分布形式与普通电弧压力分布形式之间区别。研究焊接电流、电弧长度及保护气喷嘴高度对压力分布的影响。试验中发现,电弧长度由2mm增加到6.2mm时,与普通电弧压力一直减小不同,复合电弧的压力分布呈现出周期性变化,并且在弧长为4.4 mm时,电弧压力达到最大值。普通TIG焊接中不作为工艺参数的保护气喷嘴高度,在复合焊接中对压力分布有很大影响,喷嘴高度由2mm升高到5mm,电弧压力峰值从170.8Pa减小到60.5Pa。试验结果表明:超声钨极氩弧复合焊接方法能获得较高的电弧力,并且压力分布接近于高斯分布,有利于增加焊接熔深,提高焊接生产效率。

超声钨极氩弧复合焊金属熔化行为分析

针对5mm厚度304不锈钢板,对超声钨极氩弧复合焊接的金属熔化行为机理进行了研究.与普通钨极氩弧焊对比分析表明,由于超声钨极氩弧焊复合焊接能大幅提高电弧力及电磁对流水平,使得熔池金属流动发生改变,提高了焊接熔深,增加了焊接深宽比,从而改善了普通钨极氩弧焊不适合焊接中等厚度板材的不足,拓宽了其使用范围,提高焊接生产效率.此外,结合试验与理论分析,进而对超声钨极氩弧焊提高焊接电弧力、增加焊接熔深的机理进行了研究.

基于电弧增材制造的截面扫描轨迹规划

采用CMT焊接工艺进行了电弧增材制造,研究了不同扫描轨迹对薄板焊后变形程度的影响.通过运用空间最小二乘法模型,建立了S值判别法,表征了试板变形程度.通过比较不同扫描轨迹下的S值,获得薄板最小变形程度所对应的轨迹特征,从而总结轨迹特征,得到电弧增材制造过程中截面扫描轨迹规划的原则,并成功地将轨迹设计原则应用到实体零件增材制造的过程中,获得了良好的成形效果及致密实体,为不同截面上扫描轨迹的设计提供了试验基础.

大型厚壁构件窄间隙激光焊接研究现状

高服役性能装备大型构件具有大壁厚、多结构及高服役环境等特点,在海工装备、国防建设等领域得到了广泛应用,电弧焊是此类结构常用的焊接方法,其焊接效率慢、热输入及变形大等特点限制了其发展前景。目前高能束激光作为热源,被广泛应用于厚壁构件的焊接领域。介绍大功率激光器特点及其在焊接技术方面的发展现状,分析大型厚壁构件制造领域中常用的高功率激光自熔焊、窄间隙激光-MIG电弧复合焊和窄间隙激光填丝焊先进激光焊接技术特点和应用现状。其中,窄间隙激光填丝焊接具有可焊厚度大、适应性强、变形小等优势,被认为是厚壁构件焊接合适的方法之一。在此基础上重点介绍窄间隙激光填丝焊亟待解决的关键技术,并分析全位置窄间隙激光焊接的技术特点,总结和展望了激光焊技术在厚壁构件制造领域的发展前景。

旋转电弧GMAW焊接工艺

采用Q235低碳钢板,研究了旋转电弧GMAW焊接旋转频率和焊接速度两个工艺参数对焊缝成形及组织性能的影响.结果表明,焊接过程中飞溅随着旋转频率的增加而增多,焊缝成形不美观,当旋转频率大于70 r/min,熔滴短路过渡飞溅显著增大,焊接过程不稳定,焊接速度对飞溅影响不大;焊缝余高随旋转频率的增加先增大后维持一定值,随着焊接速度的增加而减小;旋转频率和焊接速度对焊缝熔宽的影响很小;焊缝截面积不随旋转频率改变而改变,但随着焊接速度的增加而减小;焊缝鱼鳞纹间距与旋转频率成反比,与焊接速度成正比.

磁场作用下2205双相不锈钢焊缝成形与组织特征

采用摆动电弧GTAW对2205双相不锈钢进行了自熔焊接.研究了不同励磁电流下焊缝截面的特征以及其对焊缝组织的影响.结果表明,摆动电弧可以促进接头的熔合,但随着励磁电流增加,熔合效果逐渐变差.摆动电弧可促进2205双相不锈钢焊缝中奥氏体的析出并可使铁素体得到细化,在励磁电流1 A下,效果最佳.奥氏体含量的增加缓解了由于相比例失衡所致的硬度值升高,使得焊缝硬度更加接近母材.

厚板Ti-6Al-4V磁控窄间隙TIG焊接头性能

对56mm厚Ti-6Al-4V进行了磁控窄间隙TIG焊试验,对接头的力学性能进行分析,其中包括拉伸性能、冲击性能及硬度.结果表明,焊缝的强度高于填充金属的原始性能值,这是通过针状组织的啮合强化效果来实现的.而由于焊缝横截面沿厚度方向上的内应力分布导致后焊侧的中心线附近的强度及韧性明显提高.介于表层及中心层之间由于拉应力的存在而导致其强度及韧性较差,而表面层由于没有内应力的存在而使得其强度和韧性介于前二者之间.同一位置深度上,焊接热影响区熔合线附近的硬度最高.这是由于大量蓝网状分布的针状α'相存在的原因.

双丝窄间隙熔化极气体保护焊的焊接稳定性

双丝熔化极窄间隙气体保护焊(NG-GMAW)前后焊丝之间沿焊接方向的距离和夹角、焊丝与坡口侧壁之间的距离等参数都可以独立调节,并对焊接过程稳定性有很大影响。试验发现,双丝沿焊接方向的间距小于15mm或大于50mm时,双电弧处于共熔池或独立状态,焊接过程稳定;而当双丝间距在20～30mm时,处于共熔池向独立熔池过渡阶段,受窄间隙坡口中非均衡分布的电磁力作用,频繁出现断弧现象,焊接过程不稳定。双丝沿焊接方向平行竖直分布时,焊接过程稳定,若前丝后倾则会加剧电弧的偏移,焊接稳定性变差。焊丝与侧壁间距对电弧形态有很大影响,当间距为2.5mm时,电弧在焊丝和坡口底部以及侧壁之间稳定燃烧;而当间距达到1.5mm时,出现侧壁打弧现象,焊接稳定性恶化。

基于超声振动的304不锈钢TIG焊接

304不锈钢是应用最为广泛的一种奥氏体不锈钢,它具有优良的耐蚀性和耐热性,优良的低温强度和力学性能.304不锈钢常用的焊接方法为TIG焊接.普通TIG焊接由于焊缝熔深浅、焊接速度低、焊接效率较低,而且在焊接过程中容易出现焊缝区和热影响区的晶粒粗大,造成焊接接头质量下降.功率超声振动是金属凝固过程中改善组织、提高力学性能的有效方法之一.为了提高焊接效率和改进接头的质量,将超声振动通过机械耦合方式引入304不锈钢TIG焊接的过程中,进行了平板堆焊试验.结果表明,施加超声后焊接的熔深有效增加,深宽比增大,焊缝结晶方式由粗大柱状晶转变为细小的树枝晶和等轴晶,晶粒度减小,熔合区组织均匀化.

高速旋转电弧窄间隙MAG焊焊缝成形的分析

采用平特性电源,研究了高速旋转电弧窄间隙MAG焊接工艺对焊缝成形的影响规律。结果表明,旋转电弧是通过热量的合理分配来改善焊缝成形,旋转频率对熔化速度的影响很小。提高旋转频率和降低保护气中CO2的含量有利于增加侧壁熔深,改善焊缝成形;但同时也容易造成电弧与侧壁短路,恶化焊缝成形,严重的将出现未熔合。所以在间隙小于10 mm时旋转频率应小于50 Hz。焊接速度的变化不会影响过渡形式,但较低的焊接速度可以得到更大的表面下凹。

窄间隙GMAW的研究进展

综述了窄间隙GMAW方法的研究进展,并分析了各种方法的优缺点。横向摆动电弧、高速旋转电弧、双丝焊和超窄间隙焊4类方式都可以在较小的焊接规范下,保证侧壁熔合,改善焊缝成形,防止焊接裂纹。其中波浪式焊丝摆动电弧和双丝焊两种方法对焊接电源没有特殊要求,弯丝工艺简单可靠,规范区间较宽,最适合于实际应用。高速旋转电弧方法由于焊炬的磨损较大,不能长时间连续焊接而使其实用性受到影响。超窄间隙焊对电源和装配精度要求较高,随着焊缝跟踪技术的进一步发展,将具有很好的应用前景。

电弧热丝TIG焊工艺特点分析

介绍了一种电弧热丝TIG焊方法,在焊接时采用电弧对紫铜焊丝进行预热后,再将焊丝堆焊在20钢板上,焊接时在保证焊接电弧能量不变的同时,分别考查了焊丝温度升高与热丝电流之间的关系;焊丝温度升高与送丝速度之间的关系。试验表明,焊丝的温度随热丝电流的升高而升高,随送丝速度的升高而降低。并证实了热丝焊接技术可以提高钨极氩弧焊在堆焊时的熔敷速度,是一种高效的堆焊方法。

超声振动辅助E40钢水下湿法焊接组织与性能

文中针对常规水下湿法焊接过程中焊缝力学性能低的问题,设计了超声振动辅助水下湿法焊接的方法.通过超声辐射端将超声振动能量施加在电弧前方的待焊区域,进而通过工件将超声能量传递到熔池中,对比研究了超声振动对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响.结果表明,超声振动能够减小焊缝截面不对称,增加焊缝深宽比,使熔池发生强烈的搅拌作用,具有细化晶粒的作用,并降低熔合区处柱状结晶的倾向.与常规水下湿法焊接相比,超声振动辅助水下湿法焊接抗拉强度明显提高,达到母材的92.4%;焊缝区显微硬度升高,热影响区硬度值变化较小.

焊接监测与控制系统

针对目前焊接测控系统中偏重测量分析研究,控制方面研究较少的问题,设计并实现了一套焊接监测与控制系统.系统以工控机为核心,建立了以触摸屏、PLC、高速摄像机等硬件设备为主要组成的平台,采用虚拟仪器技术实现了对焊接过程的监测、控制及历史数据调用.系统实测表明,使用者可以通过触摸屏直接观测到焊接过程及焊接参数变化,并能实时对焊接平台移动、焊接电流、焊接速度等参数进行控制,焊接完成后可调取监测及控制数据,为提高焊接质量提供依据.

热丝冷体TIG堆焊中的HS201焊丝润湿铺展研究

采用热丝冷体TIG堆焊工艺,分析了在20钢板上堆焊HS201焊丝时,熔化焊丝的润湿铺展行为、效果与焊接电流等工艺参数之间的关系,得到了焊接电流与铺展宽度、润湿角之间联系的规律,发现增加焊接电流能有效改善其铺展性。对比热丝焊接与冷丝焊接、常温焊接与冷体焊接时铺展宽度、润湿角之间的差别,得到了4种工艺条件对HS201焊丝在20钢板上的润湿铺展行为的影响。分析结果表明,焊接电流过大时,过多Fe元素进入铜层,导致铺展性下降,溶解铁形态的变化受溶解量和冷却条件的影响。