Optimization of back bead geometry in the PMAG-TIG twin arc hybrid root welding process using grey based Taguchi method

This study investigated multi-response optimization of the pulse metal active gas-tungsten inert gas( PMAG-TIG) twin arc hybrid root welding process for an optimal parametric combination to yield favorable back bead geometry of welded joints using grey relational analysis and Taguchi method.Eighteen experimental runs based on an orthogonal array following the Taguchi method were performed to derive objective functions to be optimized within the experimental domain.The objective functions were selected in relation to parameters of PMAG-TIG twin arc root welding back bead geometry: back bead width to root reinforcement ratio and deposited metal height.The Taguchi approach was followed by grey relational analysis to solve the multi-response optimization problem.The significance of factors on overall quality characteristics of the weld joint was also evaluated quantitatively using analysis of variance.Optimal results were verified through additional experiments,and showed to feasibility of applying grey relation analysis in combination with Taguchi technique for continuous improvement of product quality in the manufacturing industry.

Effect of Weld Parameters on Effective Notch Stress at Weld Root and Toe of Load Carrying Cruciform Joints

Cruciform joints in ships are prone to fatigue damage and the determination of type of weld plays a significant role in thefatigue design of the joint. In this paper, the effect of weld geometry on fatigue failure of load carrying cruciform joints inships is investigated using Effective Notch Stress (ENS) approach. A fictitious notch of 1 mm radius is introduced at theweld root and toe and fatigue stress is evaluated. The effect of weld leg length (l) and weld penetration depth (p) on ENS atweld root and toe are determined. The critical weld leg length (lcr) at which fatigue failure transitions from weld root toweld toe is investigated. An approximation formula for determination of the critical weld leg length considering weldpenetration depth (p) is proposed.

摇动电弧窄间隙自由成形打底焊工艺研究

针对厚板坡口根部焊接难的问题,文中提出了一种采用摇动电弧的窄间隙坡口自由成形打底焊接方法,通过控制电弧做圆弧形轨迹摇动来调整电弧热分布,使焊接熔池自由凝固成形.进行了摇动电弧窄间隙自由成形打底焊接试验,研究了电弧摇动参数对打底焊缝自由成形的影响.结果表明:电弧摇动参数能显著影响打底焊缝自由成形,过小的摇动参数易使打底焊缝烧穿,适当增大电弧摇动参数可增强坡口侧壁与根部的熔透,过大的摇动参数会产生未焊透缺陷.

大坡度X70管线钢全自动焊内根焊接头组织与性能

【目的】国内山区管道焊接不可避免,目前内焊机仅用于坡度小于12°管道焊接。旨在为验证新开发的内焊机在坡度25°的适用性,为大坡度X70管线钢全自动内根焊工艺的制定提供理论指导。【方法】文中采用内焊机根焊,外焊机热焊、填充和盖面的全自动焊工艺对坡度25°X70管线钢进行焊接。焊后采用扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)对母材、焊缝和热影响区组织进行观察,测试接头拉伸、弯曲、硬度、冲击、刻槽锤断等力学性能。【结果】平焊、立焊和仰焊的焊缝横截面成形一致。母材组织主要是针状铁素体和板条贝氏体。焊缝和热影响区组织主要是铁素体和贝氏体,但不同焊层的铁素体和贝氏体形态不同。母材和焊缝晶界之间以大角度晶界为主,应变主要集中在大角度晶界处。接头抗拉强度高于570 MPa;弯曲试样无裂纹出现;硬度小于400 HV10;冲击吸收能量较高,且熔合线>热影响区>焊缝;刻槽锤断断裂面无未焊透、气孔、夹渣、未熔合等缺陷。【结论】接头焊缝成形好、各项力学性能满足标准要求,新开发的内焊机可用于坡度25°X70管线钢焊接。

20钢管A-TIG大钝边打底焊法

利用手工A-TIG焊对20钢管进行了大钝边打底焊研究。钝边尺寸及装配间隙合理时,在适当工艺参数支持下,可实现活性TIG焊全位置大钝边打底焊接。活性剂作用下熔池表面张力方向的改变是影响A-TIG全位置大钝边打底焊成型的重要因素。平焊位置,内表面张力σ_(2)是平衡向下的重力G与电弧力F_(a)的重要作用力;立焊位置,内表面张力σ_(2)是平衡水平电弧力Fa主要作用力;仰焊位置,外表面张力σ_(1)与内表面张力σ_(2)是克服重力G的重要作用力。

钢衬耐磨材料矿浆管大钝边打底焊工艺研究

钢衬耐磨材料矿浆管,内衬材料焊接性差,对接时只对外层钢管进行焊接。为了保证外层钢管的内部成型,传统焊接时需加工较大的坡口尺寸、预留较大的装配间隙,导致焊接效率低、管道容易磨损失效。利用高效的活性TIG焊,研究了钢衬矿浆管外层管小间隙大钝边的打底焊接工艺。结果发现:在无装配间隙的V型坡口施焊时,本该收缩的活性焊电弧会沿坡口两侧发生“爬升”现象,导致活性TIG打底焊熔深急剧下降;预留装配间隙后,活性焊电弧中心的等离子流线向钝边内侧分布,有效改善电弧“爬升”现象,热量更容易传导至钝边处,钝边的熔合更加容易;随着装配间隙的增加,有利于活性焊熔池由边缘向中心的流动,钝边容易熔合,但成型效果降低,当预留间隙过大时,在无填充材料的情况下,钝边两侧无法熔合;钝边尺寸5 mm,装配间隙1.2 mm时,在适当工艺参数支持下,活性TIG焊小间隙大钝边打底效果显著。

钨极氩弧自动焊根焊在中小管径管道焊接中的应用

为全面推广自动焊在中小管径长输管道建设中的应用,通过对自动焊焊接方式的调研和比选,提出采用钨极氩弧自动根焊+外焊机自动焊试验段应用方案。该方案是使用自动钨极氩弧焊工艺实现根焊单面焊双面成形,熔化极单焊丝气体保护下向焊填充盖面的一种焊接工艺,该工艺参数范围大,适用于各种地形,充分发挥了氩弧焊抗风能力强、熔透可靠、缺陷少的优势,减少了人为因素的干扰,实现了高质量自动化的全自动焊接。焊接工艺评定研究结果表明,此种焊接方式符合国标及DEC文件的要求,为中小管径管道自动焊的应用提供了技术储备和支持。同时该焊接方式也为集气管道、二氧化碳输送管道等中小管径高压管道焊接提高焊接质量指明了方向,具有良好的应用前景。

正交异性钢桥面板焊接接头疲劳性能提升方法及其评估

为研究顶板厚度、熔透率和焊缝尺寸三种措施对接头疲劳性能是否有所提升,基于ANSYS-FRANC3D联合仿真方法,考虑不同荷载形式和不同裂纹扩展阶段的影响,从而综合评估三种措施对焊接接头疲劳性能的提升效果。研究得知:竖向荷载作用时,仅增加顶板厚度可以改善焊根处开裂情况,短裂纹阶段和长裂纹阶段随着顶板厚增加应力强度因子降幅分别可达30.57%和28.54%,同时也可改善多失效模式下焊根处疲劳开裂情况;水平荷载作用时,仅增加熔透率可改善焊根处疲劳开裂情况;相较于单一失效模式,短裂纹阶段和长裂纹阶段裂纹在多失效模式下,裂纹开裂机率分别提升7.58%和8.93%。

电加热元件套管角焊缝工艺改进研究

稳压器电加热元件套管焊接问题一直以来困扰着各大核设备制造厂。本文提出了套管角焊缝结构下焊接工艺改进措施,并通过焊接数值模拟方法进行了模拟分析,改进了稳压器电加热元件套管角焊缝结构焊接工艺,解决了根部焊接裂纹问题,减小了焊接变形。为打破国外材料技术封锁、加快电加热元件材料国产化提供有力支持。

X65钢悬链立管焊缝背部几何尺寸对疲劳性能的影响

针对钢悬链立管单面焊双面成形过程,背部焊缝几何尺寸过大会极大降低立管疲劳寿命的问题,采用热输入小、电弧穿透力小的表面张力过渡焊接方法,研究小钝边(0~1 mm)、无间隙V型坡口全位置根焊缝背部成形工艺.对不同焊缝背部几何尺寸试样在120 MPa、150 MPa、165 MPa、175 MPa 4个应力范围下进行疲劳试验,研究不同焊缝背部几何尺寸、焊接位置对海洋立管疲劳寿命的影响.疲劳试验结果表明,该焊接工艺下管道具有良好的疲劳性能,试验数据均在DNV-RP-C203—2012疲劳设计曲线F3之上.将焊缝背面余高hb和焊缝背面宽度Wb控制在合理的范围内可极大提高海洋立管疲劳寿命.随着hb/Wb或hb的增加,焊缝应力集中系数增加,疲劳性能直线下降.不同焊接位置的疲劳寿命也有所不同.受重力影响,平焊位置焊缝背部几何尺寸较大,疲劳性能相对较差,立焊和仰焊位置焊缝背部几何尺寸较小,疲劳性能更好.

X80钢铜衬垫自动焊外根焊接头的组织与性能

采用铜衬垫自动焊外根焊工艺对X80钢进行焊接,研究了焊缝成形质量以及粘铜区域和未粘铜区域的铜含量、显微组织及力学性能。结果表明:焊缝成形良好,未发现裂纹、未熔合等缺陷。未粘铜区域的铜含量与母材一致,粘铜区域的铜质量分数约为0.46%,渗铜深度约为0.18 mm;未粘铜区域焊缝组织主要由针状铁素体和少量的先共析铁素体组成,粘铜区域则主要是块状铁素体、粒状贝氏体以及游离铜组成。未粘铜区域和粘铜区域硬度变化趋势基本一致,焊缝根部粘铜区域的硬度略高于未粘铜区域;粘铜区域和未粘铜区域的抗拉强度分别为730,732 MPa,冲击性能基本一致,弯曲试验后均未见裂纹。焊缝根部渗铜未对接头的力学性能产生明显影响。

UNS N08825合金复合管环焊缝根焊关键质量验收准则探讨

基于UNS N08825合金复合管实际工程实施情况,识别了环焊缝关键位置根焊处存在的主要缺陷形式。对比分析了国内外相关标准及实际工程中环焊缝的质量控制要求,基于工程合于使用、安全可靠的原则,在SY/T 7464—2020《耐腐蚀合金双金属复合管焊接及无损检测技术标准》基础上,对UNS N08825合金复合管环焊缝质量验收准则进行了探讨,推荐了根焊处内凹、气孔、内表面颜色以及错边等主要缺陷的合格验收指标,可直接指导工程建设。

中厚板气体保护焊不清根熔透焊技术研究

在常规桥梁钢结构制作焊接中,为达到设计及规范要求,在主要受力构件的焊接中确保焊缝熔透,保证焊接质量,需要对焊缝根部进行气刨清根去除有害物质。然而,采用此焊接工艺时,焊接时间长,焊接材料消耗量大,且对作业空间的要求较大,效率也低。通过对常规的焊接清根焊工艺进行优化及改进,以达到节约焊接材料、提高工作效率,以及减少因焊接空间的因素导致无法满足设计及规范要求的目的。

基于等效结构应力法对含错边构件的疲劳性能分析

错边缺陷是焊接构件中最常见的缺陷,不同的参数条件会对其产生不同的影响。本研究在焊接构件焊根位置处进行打磨和未打磨处理,对不同错边高度的焊接构件施加不同大小的载荷,以此作为变量探究错边缺陷构件的疲劳性能。基于等效结构应力法,提取焊缝两侧关键节点的等效结构应力,计算应力集中系数和疲劳寿命。仿真结果表明:拉伸载荷相同时,焊缝错边量越大,应力集中系数对构件疲劳性能的影响越明显;拉伸载荷不同时,焊缝错边量越大,疲劳寿命的变化趋势越平缓。同时将不同错边高度的焊缝代入实际工程结构中进行验证,其结果与仿真结果相似。综合上述结论,在实际焊接过程中,需要控制焊接构件的错边高度在合理范围之内,并减少焊根对构件疲劳性能的影响。

特征回波在主环缝相控阵检测中的应用

分析了高压加热器主环缝超声检测难点,并提出了在封头侧扫查时,基于焊缝根部特征回波的焊缝轮廓修正及缺陷定位修正方法,并通过实践验证了该方法的有效性。

根部成形及错边量对不等壁厚环焊接头局部应变集中行为的影响

目的探究高钢级管道不等壁厚环焊接头的局部应变集中规律,揭示其局部开裂的根本原因。方法采用STT半自动根焊+自保护药芯焊丝半自动焊填充、盖面的方式焊接X80管道不等壁厚环,并利用DIC技术对3种不同错边量及根部成形的不等壁厚环焊接头进行全壁厚拉伸,观察其在拉伸过程中的应变规律。结果不等壁厚环焊接头的应变集中主要发生在薄壁侧根部焊趾与厚壁侧盖面焊趾的连线区域,这是由于不等壁厚环焊接头受拉时会产生附加弯矩,该弯矩与薄壁侧根部焊趾及厚壁侧盖面焊趾处的应力集中相耦合使该区域发生应变集中。另外,错边量的存在会增大附加弯矩并使根部成形变差,因此错边量越大,应变集中区域面积越小、应变集中程度越高。定量分析结果表明,当薄壁侧管体远端应变达到0.5%时,3类成形接头根部最大应变分别为0.83%、9.60%、11.88%,盖面处最大应变分别为1.00%、7.10%、10.60%。结论大的错边量或差的根部成形会使不等壁厚环焊接头局部出现严重的应变集中,若与焊接缺陷相耦合可能会导致接头局部损伤,为裂纹的萌生与扩展提供条件。因此,在焊接过程中应增加接头的组对精度、减小错边量。

管道全位置自动焊机的专用电源及焊接工艺

为实现管道全位置自动根焊,突破了传统的气体保护焊"恒压、等速送丝"系统的电压和送丝速度(即电流)的搭配关系,采用短路能量与燃弧能量自适应调节技术,研制成功专用的电弧能量调节器,通过IGBT的高速开关作用调节短路过渡MAG焊接过程中短路能量和燃弧能量的分配,保证电弧在更低电压、更大电流条件下稳定燃烧,以适应管道全位置根焊在小熔池基础上的高能量输入,实现了长输管线的全位置立向下自动根焊工艺.结果表明,其焊接效率较传统的手工纤维束焊条或TIG焊接工艺打底有明显的提高。

国产X80钢焊接冷裂敏感性的插销试验

用插销试验法研究了实心焊丝CO2气保焊根焊条件下X80管线钢的冷裂纹敏感性及断口特征.结果表明,预热100℃条件下X80钢的抗冷裂性好,临界断裂应力σcr为624 MPa,与其抗拉强度相当.当拘束拉伸应力高于抗拉强度时,将发生失效断裂,断裂性质为延性断裂断口.CO2气保焊进行根焊焊接时,X80钢的抗冷裂性好,与该方法能得到超低氢的焊接条件有关,此外还与该钢的裂纹敏感系数(0.17%)不高,HAZ淬硬不明显有关.焊接接头过热区的组织主要为块状铁素体,最高硬度297 HV.

带衬垫的管道环焊缝根焊技术及焊接工艺

针对我国长输管线施工中管道环焊缝根焊难的技术瓶颈,采用φ1219mm带衬垫的管道气动内对口器与PAW3000双焊炬管道自动焊机配套,进行管道环焊缝根焊技术和焊接工艺研究。分别以铬锆铜和在紫铜表层喷涂镍铬陶瓷复合层为衬垫材料进行焊接试验,并与无衬垫焊缝进行比较。结果表明,以这两种材料作为管道气动内对口器的焊接衬垫,采用自动焊接工艺进行管道环焊缝根焊,可以实现单面焊双面成形,不但可焊性好,焊缝成形美观,而且具有焊接效率高,焊接质量好等特点。焊接接头的各项性能检测指标与无衬垫相当。

长输天然气管道焊口带磁的产生原因及消磁方法

在天然气长输管道停气换管作业中,常常会遇到因管道带磁而无法正常施焊的情况,既影响焊口质量,又耽误施工时间。为此,分析归纳总结出了导致管道焊口带磁的原因:①管道检测工艺的影响;②制管工艺的影响;③环境的影响;④管道安装过程的影响;⑤管内介质的影响。进而分析了管道焊口带磁对管道焊接的影响:根焊时会出现焊接电弧,产生磁偏吹,干扰电弧稳定性,容易产生焊接缺陷。最后从管道消磁的基本理论入手,结合管道消磁工作的实际经验,提出了5种管道消磁方法:①绕线组法;②采用专业消磁设备法;③升温法;④搭桥法;⑤清洗法。研究成果对类似情况有较好的指导作用。