高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制

为研究深水湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制,建立了高压水下湿法焊接试验平台,获取40 m水深电弧引弧阶段光谱图,基于PIC-MCC方法建立40 m水深湿法焊接电弧击穿放电三维数值模型并对其进行分析,将光谱诊断电弧等离子体温度、电子数密度和数值模型分析得到的结果进行对比,验证了模型的合理性与正确性.根据电弧光谱得到的电弧等离子体的主成分,从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体动态演变过程展开研究,获得等离子体动态分布、粒子数目、电弧等离子体温度及电子数密度变化.结果表明,电子与背景成分水分子发生电离碰撞主要生成H^(+),OH^(+)和O^(+),且OH^(+)数目增长速度最快,H^(+)次之,O^(+)最后,在粒子数目上OH^(+)远远大于H^(+)和O^(+)数目;电子与背景气体碰撞过程中发生了能量转移,运动到极板介质层的电子动能减小,电子与极板介质层电离碰撞反应弱化,直至达到饱和.

水深和流速对水下湿法焊接热过程影响的数值模拟

水下电弧在高压和强烈冷却作用的环境下,其弧压、形态和能量密度都发生了改变,工件的换热条件更发生了显著的变化.文中考虑水下压力对电弧的压缩和水环境中工件换热速度的提高,进行一定的参数假设,建立了湿法熔化极气体保护焊接热过程的数值分析模型,得出了不同水深和不同水流速度下的工件热循环曲线、熔池形状等典型数据.模拟结果表明,随水深增加,熔池的深度增加而宽度减小,各等温线的形状也逐步变得狭窄而且更深;随工件表面水流速度增大,熔池变小,等温面所笼罩的体积也显著减小.

DH36水下湿法焊接接头组织和力学性能分析

潜水焊工在水深2 m的水池里,使用水下专用焊条进行DH36试板湿法焊接试验。根据AWS D3.6:2010,对所得到的焊接接头进行焊接工艺评定,并分析其组织及潜在缺陷。结果表明:湿法接头的外观检测、X射线检测、拉伸试验、弯曲试验、冲击试验和宏观试验均满足AWS D3.6:2010 B级接头要求,盖面焊缝的过热区最大硬度值微超出标准规定的上限,其组织主要为粗大马氏体,而打底焊缝的热影响区由于后续焊道的再热作用,组织为回火马氏体。在盖面焊缝下方左右热影响区容易出现氢致裂纹,可通过使用step-back运条手法来解决。

304不锈钢水下湿法焊接工艺

利用自保护镍带药芯焊丝,对304不锈钢进行水下湿法焊接试验,并分析了焊接接头的微观组织和力学性能.结果表明,304不锈钢水下湿法焊接过程稳定,飞溅少,成形良好,增加焊接电流会显著增加熔宽,而熔深变化很小,增加焊接电压,熔宽增加,焊缝成形变差且飞溅增多.焊缝金属由单一的镍基γ-固溶体相组成,焊接接头热影响区存在晶粒粗化现象.拉伸试验试件均断裂在焊缝处,焊接接头平均抗拉强度值达到450 MPa,呈现为脆性断裂,热影响区硬度因晶粒粗化有所降低.

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.

水下湿法焊接材料的研究进展

对水下湿法焊接用焊条、药芯焊丝的研究与发展现状进行了详尽的综述,并指出目前水下焊接材料的主要研制思路、存在的问题及今后的发展方向。在水环境中直接进行焊接时,富氢环境、冷却速度快、电弧稳定性较差等是影响湿法焊接接头质量的主要原因。通过调整焊接材料配比,添加合金元素等措施,可以实现渣气联合保护及焊缝组织性能的优化。金红石型焊条仍是当今实际工程中应用最广泛的水下焊条,水下药芯焊丝的制备、研发满足了水下焊接向高效化、自动化焊接发展的需求。

TiO_2对水下湿法焊接熔渣形貌及微观组织的影响

文中采用自制的金红石型碳钢焊条进行水下湿法焊接,重点分析了药皮中TiO_2的加入量对熔渣形貌及微观组织结构的影响.由熔渣的成分及物相分析得出,熔渣的主要组成相为Fe_2MnTi_3O_(10),还含有少量的Ca_2SiO_4和自由氧化物.对熔渣的宏观形貌及微观组织结构分析发现,当药皮中TiO_2加入量较大时,熔渣致密松脆,熔渣的微观组织中灰白色条状相粗大,有利于熔渣脱渣;当减小TiO_2的加入量,增大CaCO_3的加入量时,熔渣变得松散,出现粘渣现象,此时微观组织中的灰白色条状相变得细小,不利于熔渣脱渣.

水下湿法焊接等离子成分计算

水下湿法焊接所产生的电弧是在带电离子气体的气泡中形成的,结合前人对水下湿法焊接气泡成分的测定,分析了水下湿法焊接气泡中气体的主要解离和电离过程,对局部热力学平衡态下的不同水压、不同温度的水下电弧成分采用potapov模型进行了计算,其主要理论依据为Dalton分压定律、质量作用定律、电荷准中性条件和化学计量平衡条件.结果表明,随着水压由0.101 3 MPa变化到1.013 MPa再到10.13 MPa,离子体内H+,O,C,O+,C+的数密度呈现逐渐增加的趋势,同时电子数密度和离子体密度也跟随增加.而离子体总体平均电离度不受水压的影响.为进一步计算水下湿法焊接电弧的输运系数和水下电弧的仿真打下了基础.

焊接电流和药皮厚度对水下湿法焊接熔渣物相及微观组织的影响

文中采用自制的金红石型药皮焊条进行水下湿法焊接,重点分析了焊接电流和药皮厚度对熔渣物相及微观组织的影响.对熔渣的宏观形貌分析发现,当药皮厚度较薄时,焊后熔渣稀薄,覆盖不均匀,此外,焊接电流对焊接飞溅有重要影响,当焊接电流较大时,焊接过程中有大量飞溅产生.通过对熔渣的碱度系数及物相分析得出,熔渣的主要组成相为Fe Ti O3和Ca Ti O3,还有少量的Mn Ti O3,Fe F3和Ca-Si-O相,药皮厚度和焊接电流对熔渣的碱度系数和组成相影响均较小.熔渣的微观组织分析发现,减小药皮厚度和增大焊接电流,熔渣中生成大量的树枝状组织,熔渣微观组织的方向性增强,有利于脱渣.

16Mn钢水下湿法焊接冷裂纹的防止措施

研究了两种能应用于水下湿法焊接的缓冷方法。一种是利用在焊道两侧和背部紧压橡皮代替粘贴橡皮的方法,两者效果基本相同;另一种是利用一简单装置,通过焊接加热使装置内的水汽化,从而减慢焊道和热影响区与水的热交换,并采用氧化铁型焊条施焊,可基本上防止冷裂纹。

水下湿法焊接药芯焊丝成分设计及焊接工艺研究进展

对水下湿法药芯焊丝焊接的研究成果与发展现状进行了详尽的综述,介绍了水下湿法药芯焊丝焊接的优点、药芯成分的设计、工艺特点和接头性能,并提出了目前水下湿法药芯焊丝焊接存在的问题及今后的发展方向。水下湿法药芯焊丝焊接时,高氢含量、高压力和较快的冷却速度影响焊接接头的质量,而通过调整药芯焊丝的材料成分配比和在药芯中添加合金元素,可以实现渣气联合保护,达到优化焊缝组织性能的目的,也可以通过调整焊接工艺参数来优化焊缝。水下湿法药芯焊丝焊接技术的出现,使得水下焊接向高效、自动化的方向发展。

SMAW水下湿法焊接工艺试验及接头性能

为了解决海洋采油平台在使用过程中出现的材料老化及结构受损等问题,开发了适用于海洋工程结构物维修的水下湿法焊接工艺,本研究采用Broco水下焊条在试验水槽内进行了初步的水下焊接工艺研究,并在焊后对接头进行无损检测、力学性能测试和金相分析等试验。试验结果表明,焊接接头的各项性能指标均满足美国水下焊接AWS D3.6:2010标准B级焊缝的要求,为后续开发更大水深的湿法焊接工艺积累了经验。

16Mn钢水下湿法焊接接头间隙与裂纹率的关系

研究了水下湿法焊对接接头间隙与裂纹率的关系。随着接头间隙的增大 ,裂纹率逐渐减少。当间隙增大到一定值 ,可防止冷裂纹的产生。因此 。

水下湿法焊接远程遥控装置设计及使用方法

为保护水下焊接人员的人身安全,提高焊接电源通断相应时间,设计开发了一种水下湿法焊接远程遥控装置,该装置由水下开关组件、水密通讯电缆、陆上控制组件与信号输出插头等构成,可以实现由潜水员在水下自主操作焊接电源的通断,最大限度地缩短响应时间。实际应用结果表明,与传统的大功率闸刀相比,水下湿法焊接远程遥控装置的指令响应速度由2~4s缩短到0.2s以内,焊接过程中没有出现麻电现象和拉弧现象,为水下作业提供安全保障和便利。

水下湿法焊接稳弧装置的多学科优化设计

为了解决水下湿法焊接焊缝质量差的问题,设计了一种用于水下湿法焊接稳弧装置,可为水环境中的电弧制造半干燥环境和进行磁力约束,达到稳定水中焊接电弧的目的。在对该装置的高压气管与保护气管的流场进行仿真分析,同时对它的磁场分析进行有限元分析的基础上,分别采用试验设计方法和全局优化与局部优化组合的策略对该装置的结构进行优化,最终实现了多学科优化设计。

防止水下湿法焊接冷裂纹的措施

在焊道表面两侧作一空腔。利用焊接时的加热使水汽化 ,不仅使焊道而且使热影响区的冷却速度减慢。文章通过试验确定了最佳的空腔尺寸 ,此时可防止冷裂纹的产生。

水下湿法焊接工艺在沉船打捞工程中的应用

针对某次沉船事故打捞方案中需要在水下焊接扳正桩头的情况,设计了原桩头1/4尺寸的缩比模型,为验证水下焊接质量,在不同焊接规范下对缩比模型进行焊接,并对焊后试件的力学性能进行了检测。结果表明,在该焊接规范下所焊试件的焊缝成形良好,目测无明显缺陷,所设计试件结构的承载拉力达到了设计承载力的2倍,且焊接效率较高,能在短时间内完成施焊工作,实现了预期设计目标。

焊缝余高变异系数在水下湿法焊接质量评估过程中的应用

针对水下湿法焊接质量评定中缺乏简便、客观的评价指标的现状,提出利用焊缝余高的变异系数表征焊接质量.该指标具有支持定量分析客观性强、步骤简单易操作等优点.余高变异系数越大,焊缝外观成形均匀性越差,焊接质量越低;反之,焊缝越平滑、美观,焊接质量越好.为验证该指标的准确性,设计了相关的工艺试验.依据脉冲电流对焊接过程稳定性的影响,开展不同脉冲频率条件下焊接.鉴于送丝方式对焊接过程影响较大,利用焊缝余高变异系数分析送丝方式对水下湿法药芯焊丝焊接过程稳定性研究.结果表明,余高变异系数评价结果与焊接质量相关度较高.焊接过程中采用X射线高速成像技术,从焊接过程稳定性与熔滴过渡类型等方面深入分析了焊接过程对余高变异系数的影响,进一步验证了该指标的可靠性.

超声辅助水下湿法焊接工艺

水下湿法焊接过程电弧不稳定,常存在熄弧、焊缝成形不均匀等问题.针对这一问题,提出了超声辅助水下湿法焊接方法,其原理是将功率超声振动与常规水下湿法焊接相结合,通过超声振动作用改善焊接电弧稳定性、焊缝成形,进而提高水下焊接接头质量.超声辅助水下湿法焊接堆焊对比试验结果表明,超声辅助水下湿法焊接显著改善了焊缝成形,能够获得尺寸均一连续的焊缝;焊接过程稳定性提高,熄弧率明显减小,熔深增大,余高减小,焊缝中心区域的显微硬度减小.

不同水深下水下湿法焊接电弧引弧温度计算

水下湿法焊接技术近年来得到了广泛应用,但目前对水下湿法焊接引弧过程的物理本质的研究很少。首先搭建了水下湿法焊接电弧光谱诊断平台,同步采集不同水深条件下焊接过程中的电流、电压及光谱信号,对不同水深条件下水下湿法焊接引弧阶段进行界定,高速摄像机拍摄水下湿法焊接引弧过程以更直观观察引弧过程中电弧、气泡等水下动态变化。在此基础上,设置光谱仪延时,分别采集了引弧5,10,15,20及25 ms的光谱信号;改变水深条件,得到不同水深条件下引弧不同时刻的电弧光谱图。根据谱线选取原则综合分析,选取Fe元素作为计算水下湿法焊接引弧电弧温度的特征元素。引弧不同时刻均选取了五组数据,运用统计分析的方法对五组数据做平均化处理,以保证计算结果的准确性和可靠性。从Fe元素谱线中选取了五条合适的谱线作为计算水下湿法焊接引弧过程电弧温度的目标谱线,再利用玻尔兹曼图示法分别计算了不同水深条件下引弧不同时刻的水下湿法焊接电弧等离子体温度。结果表明:在相同水深条件下,引弧过程中电弧等离子体温度是随着引弧时间的不断增加而不断变化的,但其变化趋势并不是简单的线性增加,而是分别在引弧的不同时刻出现峰值;随着水深的增加,水下湿法焊接电弧等离子体的温度也随着上升,但其电弧温度的上升趋势开始变缓慢,40 m水深相对于20 m水深的电弧温度上升量要低于20 m水深条件下相对0.3 m水深条件下的电弧温度上升量。伴随着水深的增加,水下环境压力增大造成电弧进一步压缩,但压缩量有限。由于电弧被压缩,弧光的强度也增大。通过光谱分析的方法,从电弧物理的角度获悉水下湿法焊接引弧过程的物理本质,对认识电弧建立过程中微观击穿机理及实际生产中进一步提升引弧过程的稳定性提供了重要参考。