外加磁场对高速GMAW电弧和熔池行为的主动调控效应

在熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)过程中,当焊接速度超过临界值后,焊缝成形变差,出现咬边和驼峰焊道,无法满足生产要求。研究证明,熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因。自主研发外加磁场发生装置,向熔池施加横向电磁力,对后向液体流进行主动干预,并调控熔池流态,从而抑制驼峰焊道的形成。在Q235低碳钢板上开展焊接工艺试验,获得了不同磁感应强度下的焊缝表面成形;采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧和熔池图像,分析外加磁场对电弧形态、熔池流场和焊缝成形的影响规律,初步揭示外加磁场抑制驼峰焊道的机理。试验结果表明,外加横向磁场能明显调控熔池流态,减小后向液体流的动量,并能有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷,显著改善焊缝成形,提高临界焊接速度。

高速GMAW驼峰焊道形成过程的数值分析

基于高速气体金属电弧焊(GMAW)驼峰焊道形成过程的实验观测结果,充分考虑熔池中后向液体流的动量和热焓,在熔池表面变形方程中加入后向液体流的动能项,并将熔滴热焓分布在整个熔池表面层,建立了高速GMAW驼峰焊道形成过程的数值分析模型.模拟了一定焊接条件下的驼峰焊道形成过程及其三维形状与尺寸,与实测结果进行了对比,证明本文模型能够较好地模拟高速GMAW过程,可定量分析驼峰焊道形成过程.

外加横向磁场对高速GMAW焊缝成形的影响

对于高速熔化极气体保护焊接(GMAW)过程,当焊接速度超过临界值后,会出现驼峰焊道,焊缝成形变差.研究证明,熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因.研发了外加横向磁场发生装置,通过产生的电磁力来抑制后向液体流的动量,从而抑制驼峰焊道的形成.应用特斯拉计测试和考察了工件上磁感应强度大小及分布的影响因素.通过开展焊接工艺试验分析了不同强度的外加磁场作用下的焊缝成形规律.结果表明,外加横向磁场能明显调控熔池流态,有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷,显著改善焊缝成形,提高临界焊接速度.

焊接速度和焊接电流对竖向高速GMAW驼峰焊缝的影响

运用自主研发的爬壁机器人研究焊接速度和焊接电流对竖向高速熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)驼峰焊缝的影响.结果表明,焊接速度或焊接电流超过某一临界值时,竖向高速GMAW会形成驼峰焊缝,且熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生的动量很大的后向液体流是竖向高速GMAW形成驼峰焊缝的主要原因.同时,焊接速度和焊接电流显著影响驼峰焊缝形貌.当焊接电流不变时,随焊接速度提高,驼峰焊缝的驼峰间距和驼峰高度先稳定减小,后缓慢减小,而焊缝宽度则稳定减小;当焊接速度不变时,随焊接电流增加,驼峰焊缝的驼峰间距先增加后减小,驼峰高度则是先增加后不变,而焊缝宽度则稳定增加.此外,焊接速度过小或焊接电流过大均会造成金属液下淌.

立向高速GMAW驼峰焊缝形成机理及抑制措施

文中运用自主研发的爬壁机器人焊接试验平台对立向高速熔化极气体保护焊(GMAW)驼峰焊缝进行试验研究。研究发现,立向上焊时,当焊接电流保持不变,焊接速度增加到某一临界值时,立向GMAW会产生驼峰焊缝缺陷。通过高速摄像可知,熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生动量很大的后向液体流是立向高速GMAW形成驼峰焊缝的主要原因;立向下焊时,因焊接方向和焊枪倾斜位置发生改变,熔池中由电弧压力和熔滴冲击力作用下产生的后向液体流流向与自身重力方向相反,使后向液体流的动量减小,可有效抑制驼峰焊缝的形成。试验表明,采用立向下焊工艺时,当焊接电流为200 A、焊接速度为2.4 m/min时,GMAW仍无驼峰焊缝产生,焊接效率大大提高。

立向高速GMAW驼峰焊缝的试验研究

驼峰焊缝的产生严重制约了高速熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)在立向焊接上的应用,目前对该技术难点研究甚少,尚无简单有效的抑制措施提出。因此,通过梳理水平高速GMAW驼峰焊缝的形成机理,以此为基础,运用自主研发的爬壁机器人焊接试验平台对立向高速GMAW驼峰焊缝进行试验研究。研究发现:立向上焊时,高速GMAW会产生驼峰焊缝缺陷,熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生的动量很大的后向液体流是形成驼峰焊缝的主要原因。此外,焊接电流和焊接速度显著影响驼峰焊缝的形貌。立向下焊时,因焊接方向和焊枪倾斜位置发生改变,使熔池中由电弧压力和熔滴冲击力作用下产生的后向液体流流向与自身重力方向相反,可有效抑制驼峰焊缝的形成。通过利用金属液体流自身重力来抑制立向高速GMAW焊接过程中驼峰焊缝的形成,大大提高了焊接速度和焊接电流,具有较高应用价值。

大电流GMAW焊接飞溅和烟尘的形态及相结构分析

在熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)过程中,当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,焊缝成形变差。在Q235低碳钢上开展工艺试验,探究焊接过程中产生的飞溅和烟尘的形态及相结构。结果表明,高温熔融的金属被甩出雾化,雾滴在飞行过程中球化并快速凝固,飞溅颗粒表面具有特殊形貌,其成分以氧化物为主。电弧燃烧时,焊丝端部形成电流密度很高的斑点,斑点处温度很高,随着焊接电流的增大,金属蒸发量增加。金属蒸发带走了焊丝中大部分的Si、Mn等合金元素,而Si和Mn均是有效脱氧的元素。因此,金属蒸发带走了合金元素,影响O含量,进而影响焊缝性能。烟尘粒径与熔滴过渡方式有关,其粒度范围可达10^-1~10^2μm,分布概率较大的是10~60μm的粒子,它能通过人体上呼吸道进入肺部,对人体呼吸系统、神经系统等造成损伤。