旋转电弧焊接技术研究进展

熔焊焊接时会不可避免地出现侧壁不熔、咬边、晶粒粗大等问题,导致接头性能较低。为更好地解决焊接中存在的问题,提出旋转电弧焊接技术。相对于普通焊接,旋转电弧中的旋转电弧耦合力在焊接时对熔池的搅拌破碎效应能加速焊缝中的传质传热,并细化晶粒减小焊缝残余应力,能解决焊接中常见问题,获得优质焊缝并提高焊接接头的使用寿命。主要综述了基于外加磁场、非对称钨极旋转电弧、缆式焊丝熔化极旋转电弧的研究现状,指出目前旋转电弧焊接技术还存在的问题,并对相关技术的应用前景进行展望。

钨极高压微电弧温度模型的建立与验证

为提高一体式微球形钨探针的制备成功率,对制备过程中高压微电弧进行了研究。建立了钨极高压微电弧的多物理场耦合仿真模型以计算电极间距在0.5~2.0 mm、电压在1~12 kV时的电弧温度分布;然后对仿真结果进行最小二乘拟合,进而得到了电弧温度与放电参数之间的数学模型;最后,基于Boltzmann作图法搭建了光谱测温系统,并对数学模型进行了验证。研究结果表明:电弧呈椭球形分布,近阳极区存在高温屏障,阳极温度远低于阴极温度;电弧温度与电压、电极间距之间均为类抛物线性关系;模型计算结果与实验结果的平均相对误差为3.3%。该模型可用于计算电弧温度,从而实现钨探针的可控制备。

基于改进CeiT的GTAW焊接熔透状态识别方法

针对熔池信息与背景相似度高、噪声多、预测实时性差、识别精度低等问题,提出了基于改进CeiT网络模型的GTAW焊接熔透状态识别方法.首先通过MobileNetV3对Image-to-Tokens模块进行轻量化改进,提升预测的实时性能;其次设计DGCA模块改进LeFF模块来增强特征间的远程依赖关系、丰富类标记中所包含的分类信息;最后将LeFF模块中的底层特征和高层语义特征进行融合,提高模型对熔池特征的表示能力.仿真结果表明,与MobileNetV3,ResNet50,ShuffleNetV2,DeiT和CeiT模型相比,所提出的模型获得了更高的准确率和较快的检测速度.

实时数据与模型驱动的瞬变焊接电弧数字孪生模型构建方法

针对传统焊接电弧数值模拟方法中存在的边界数据实时性不足和仿真模型构建不准确的问题,采用PyFluent协同仿真技术构建了实时电信号数据和复杂机理模型驱动的瞬变钨极惰性气体保护焊(TIG)焊接电弧数字孪生模型。首先,基于磁流体动力学(MHD)理论,构建TIG焊接电弧孪生机理模块;其次,通过设计PyFluent流程自动化求解策略,融合实时电信号数据与孪生机理模块,获得实时电信号驱动下的焊接过程电弧温度和电流密度动态演变规律;最后,通过物理-孪生数据的对比分析,验证所构建焊接电弧数字孪生模型的高保真性。试验结果表明,孪生机理模型能准确地模拟出焊接电弧的形态特征,实时电信号数据与机理模型驱动的TIG焊接电弧数字孪生模型可实现瞬变焊接电弧的高保真映射,为焊接电弧演变行为研究提供新方法。

00Cr13Ni5Mo不锈钢四钨极耦合电弧双丝增材制造工艺

为解决现有基于GTA热源增材制造工艺存在的熔覆效率较低、焊接效率较低的突出问题,该文提出一种四钨极耦合电弧双丝增材制造工艺,并通过控制变量的试验方法研究熔覆电流、行走速度与送丝速度对单层单道沉积层成形质量的影响。结果表明,熔池面积的波动与电弧压力是四钨极热源单道沉积层出现单道沉积层不连续、咬边等缺陷的主要原因,在保证成形质量的前提下,四钨极热源最大行走速度为400 mm/min、最大送丝速度为12 m/min、熔覆效率为6.24 kg/h,沉积件微观组织由回火索氏体、逆变奥氏体及碳化物组成,沉积件冲击吸收能量达到208 J,为MAG热源的2.5倍。综上所述,四钨极耦合电弧双丝增材制造工艺可以在保证优良冲击性能的前提下显著解决GTA热源增材制造工艺存在的熔覆效率较低、焊接效率较低的问题。

基于变速GTAW焊接温度场解析模型的熔深预测研究

焊接热过程解析模型是一种能够直观反映焊接过程中工件内部的热行为、明确焊接工艺参数与熔池形貌间的物理关系、快速计算得到熔深的方法.目前常用的焊接温度场解析模型通常将电弧近似为一个功率恒定的匀速运动热源进行计算,而非参考实际焊接过程,即通过实时调整焊接热输入(焊接电流或焊接速度)来保证熔透.因此,目前的焊接温度场解析模型并不适用于焊接熔透控制.为了使解析模型能够计算时变速度下的熔深,本文针对钨极氩弧焊(GTAW)工艺建立了适用于计算时变焊接速度的焊接温度场解析模型.首先以匀速移动点热源的温度场解析模型为基础,推导出了时变焊接速度移动点热源在热源作用时间内引起的温度变化公式,通过连续性证明验证了公式的连续可积性并进一步推导出了适用于时变焊接速度运动单椭球热源的焊接温度场解析模型.为了提高计算速度,减少计算量,采用坐标变化方法实现了热源及其附近温度场的快速求解.基于数值积分法得到了解析模型求解方法,实现了熔池温度场的准确计算,并通过提取等温线实现了熔深和熔宽的预测.最后,通过工艺试验验证了解析模型的精度.结果表明:在0~4 s阶段,计算熔深基本与实际测得的熔深相同,误差控制在6%以内;在速度发生改变的4~16 s阶段,由于热源系数不再适用,计算误差增大,但熔深计算误差仍控制在17%以内,熔宽计算误差在12%以内.因此,建立的焊接温度场解析模型基本可以满足时变速度下的熔深预测.

钨极氩弧焊焊接粉末冶金高铬铸铁/低碳钢的焊接性能及组织演变

以粉末冶金高铬铸铁和低碳钢为原材料,采用多道次手工钨极氩弧焊,研究了焊接电流对焊缝组织演变和力学性能的影响,提出了焊接接头组织演化模型,并探讨了其断裂机理。结果表明,焊接接头的抗拉强度在焊接电流为140 A时达到538.1MPa,分别是烧结高铬铸铁和低碳钢抗拉强度的95.3%和97.4%。由于二次回火和合金元素扩散/偏析的作用,焊接接头的显微硬度在水平方向上由高铬铸铁一侧向低碳钢一侧逐渐降低,而在垂直方向则呈M形分布。当焊接电流为140 A时,焊缝的熔合区主要由奥氏体和回火马氏体组成,在熔合区与低碳钢母材之间存在一个单一奥氏体柱状晶区;在熔合区与烧结高铬铸铁母材之间,存在一个柱状高铬铸铁区域,该区域的碳化物为粗糙树枝状,沿基体晶界分布。

基于电弧光谱的核电堵管TIG焊接质量在线监测

为了实现受操作空间限制和辐射环境下,高温气冷堆蒸汽发生器传热管道堵管钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas welding, TIG)的质量监测,搭建了一套基于光纤光谱仪的TIG焊接过程实时监测系统,用于核电传热管道堵管TIG焊接熔深监测.试验研究采用该系统采集电弧光谱,利用主成分分析法获取不同焊缝熔深的光谱主成分特征,创新性提出了一种ATT-L2R-BiLSTM深度学习模型,实现了堵管TIG焊接过程中焊缝熔深的分类识别.结果表明,实验室条件下模型准确率可达92.61%,比Bi-LSTM网络准确率提高5.11%,该模型在核电蒸汽发生器堵管验证平台进行了测试和验证,准确率达到99.26%,最终,实现了光谱信息不完备下TIG焊接质量特征深度挖掘,以及TIG焊接熔深的精准评估.

不同钨极锥角下微TIG点焊电弧行为分析

基于磁流体动力学理论,建立钨极半径为0.8 mm,尖端锥角分别为15°,30°,45°和60°的微TIG点焊电弧数值模型;使用Fluent软件UDF功能加载保护气体物性参数、动量方程和能量方程源项,探究钨极尖端锥角对微TIG点焊电弧温度场、流场、压力场和电势场的影响规律。结果表明,微TIG电弧呈钟罩形状,随着锥角由60°减至30°,钨极导电截面半径减小,导致电流密度增加,电弧温度增高;随着锥角继续减小,电弧上爬现象严重,钨极导电面积增大,平均电流密度减小,电弧温度随之下降。钨极锥角变化显著影响等离子体流力和电磁收缩力对电弧等离子体动量作用,进而影响电弧等离子体运动速度和阳极表面压力分布。数值模拟结果与微TIG点焊试验结果吻合良好,模拟结果对调控钨极锥角,改善电弧形貌及焊接质量具有重要意义。

不同空气流量下纯钨电极短电弧脉冲放电过程研究

为进一步探索空气中短电弧加工(short electric arc machining, SEAM)放电过程,揭示短电弧放电加工中凹坑形成和材料去除机制,以空气作为介质,探究0 L/min和20 L/min空气流量对电弧-熔池和材料去除过程的影响,并进行对比试验研究。结果表明,脉冲持续时间内,电弧经历快速膨胀、变形膨胀、稳定和熄灭4个阶段。在电弧膨胀阶段,材料以蚀除颗粒去除为主;在电弧稳定阶段,材料以熔融物与蚀除颗粒去除为主;在放电后续熄灭阶段,材料以熔融物去除为主。此外,连续脉冲放电中容易产生爆炸力,进一步增加金属材料去除量。提高空气流量可增大去除颗粒体积和抑制裂纹产生。

2219铝合金TIG焊缝激光冲击强化与腐蚀性能研究

目的 改善2219铝合金钨极氩弧焊焊缝的耐腐蚀性能。方法 采用激光冲击技术对焊缝进行强化处理,比较分析处理前后的表面残余应力、物相组成和元素状态,通过静态浸泡失重法和电化学试验测量腐蚀速率的变化。结果 经过激光冲击强化处理后,2219铝合金焊缝部位的元素状态没有改变,但焊缝区域的残余拉应力变为残余压应力。2219铝合金钨极氩弧焊接区域的自腐蚀电位明显下降,相比未经激光冲击处理的试件,焊核区和焊接过渡区的平均腐蚀电流分别减小了14%和12.7%,腐蚀速率分别减小了16.9%和12.9%。结论 激光冲击强化可以有效提升2219铝合金钨极氩弧焊焊缝区域的耐腐蚀性能,可以为提升特种装备安全性和轻量化提供技术参考。

旋耕刀表面硬质WC合金涂层的电弧热喷涂工艺研究

目的旋耕刀是重要的农机土壤部件,“表硬芯韧”是制造高性能旋耕刀的关键。尝试利用电弧热喷涂方法在旋耕刀表面直接制备含硬质碳化钨(WC)的合金涂层,以提高其综合力学性能。方法以旋耕刀常用制造材料65Mn为基材,以含WC的合金材料为电极丝材,搭建电弧喷涂实验平台,开展三因素两水平工艺实验。重点探讨喷涂电压、送丝速度、扫描速度对涂层制备的影响。结果所制备的涂层表面光滑、平整,无宏观裂纹或可见缺陷。在喷涂电压30V、送丝速度40mm/s、扫描速度30mm/s时,电弧热喷涂的涂层沉积速率为174.7g/min,其平均硬度可达HRC51,表面粗糙度Ra为2.366μm。扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试结果表明,WC合金涂层具有典型的层状结构,结构均匀致密,涂层与基体之间形成了良好的机械结合。结论在基础工艺研究基础上,成功制备了表面含有硬质WC合金涂层的旋耕刀样件,进一步验证了工艺可行性,为高性能旋耕刀制备提供了新的思路和方法。

R60702锆钨极氩弧焊焊接工艺研究

本文介绍了R60702锆材料的特性,对锆材料进行焊接性分析,简述了锆材料焊接的影响因素以及锆焊接接头表面颜色的要求。焊接试验采用13.5mm的R60702锆板,焊接方法为钨极氩弧焊,进行焊态、550℃热处理态以及620℃热处理态的焊接试板理化性能试验。试验结果表明,焊态和热处理态的抗拉强度及弯曲试验均能满足标准要求,但热处理态的焊接接头的抗拉强度有一定程度的下降。本文试验对焊缝及焊接热影响区进行了硬度及微观金相分析,焊缝组织及热影响区组织为α′相(锆的马氏体相),这导致焊缝及热影响区硬度升高。

镍材钨极氩弧焊技术应用总结

根据工业纯镍的焊接工艺特点及容易产生的焊接缺陷,结合实际焊接操作经验,总结了手工钨极氩弧焊的一些技巧,完善了工业纯镍的氩弧焊焊接技术。

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。

SB-265 Gr.12钛镍钼合金焊接工艺研究

介绍了SB-265 Gr.12钛镍钼合金的化学成分与力学性能,对化学成分中各元素的作用进行了阐述,并对SB-265 Gr.12钛镍钼合金的焊接性以及焊接注意事项进行了介绍。工艺评定试验采用24 mm厚的SB-265 Gr.12板材,焊接采用钨极惰性气体保护焊(GTAW)焊接方法。焊接工艺评定试板经渗透检测(PT)、射线检测(RT)检测合格后,进行拉伸、弯曲、硬度等理化试验,试验结果满足标准及相关工程规范的要求。对焊接接头进行宏观金相及显微组织试验,宏观金相试验结果良好,母材的显微组织为α相+少量β相,基体上弥散分布着Ni_(2)Ti相,焊接热影响区的显微组织为α相+少量β相+Ni_(2)Ti相+片层状α’相,焊缝的显微组织为片层状的α’相+少量β相。

直流等离子体球化钨粉制备及其性能研究

直流电弧等离子体具有核心温度高、环境清洁等特点,且制备出的粉体球形度高、球化率高,成为增材制造用高质量粉体规模化生产的重要技术。以不规则钨粉为原料,采用直流电弧等离子体球化技术制备球形钨粉,研究不同送粉速率及送粉气流量对球化后粉末颗粒性能的影响,证明不规则钨粉球化过程中的3种转变机制,并在较大送粉气流量下,采用直流电弧等离子体球化技术原位合成了纳米颗粒附着的球形钨粉。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光粒度仪、粉末流动性测试仪对球化后钨粉颗粒的形貌、物相、粒径分布、流动性及松装密度等进行分析表征。结果表明:经直流电弧等离子体球化后钨粉颗粒物相未发生变化,呈现出单一钨相,送粉速率为8 r·min^(-1)时,制备的钨粉颗粒表面光滑且球化率可达到98%以上,粒径分布相较于原料粉末变窄。球化后钨粉的流动性最高,达到5.35 s·50 g^(-1),相较原料钨粉减少了13.18 s;松装密度由5.37提高到11.67 g·cm^(-3),提高了117.3%。

焊接热输入量和保护气体成分对S32205双相不锈钢低温冲击韧性的影响

采用等离子弧焊(PAW)+钨极惰性气体保护焊(GTAW)对2205双相不锈钢进行焊接,研究了在GTAW焊接过程中,热输入量和保护气体这两个要素对材料焊接部位低温冲击韧性的影响,并通过金相和SEM等对微观组织结构进行分析研究。结果表明,采用GTAW焊接时,热输入量会影响晶粒组织中铁素体/奥氏体相比例和奥氏体形态,当热输入量为1.76 kJ/cm时,焊接部位的低温冲击性能(-46℃)最佳;在保护气体中添加N_(2),会影响奥氏体和铁素体比例以及氮化物(CrN/Cr_(2)N)析出相在铁素体中的析出数量,并且导致微气孔形成,当N_(2)添加量为1%左右时,焊接部位的低温冲击性能最佳。

TC4钛合金EBW和TIG焊接头断裂韧性对比分析

采用电子束焊和氩弧焊方法制备的TC4钛合金接头,在4种温度条件下,测试了其焊缝、热影响区及母材的断裂韧性,并结合断口形貌、硬度分布及微观组织对比分析了断裂韧性测试结果.结果表明,TC4钛合金TIG焊接头焊缝及热影响区的断裂韧性优于钛合金母材,CTOD值随温度下降而降低;相较之下,EBW焊接头焊缝断裂韧性值较母材更低,热影响区断裂韧性与母材较接近,温度变化对其CTOD值无显著影响.钛合金TIG焊接头焊缝区域具有较低硬度值,其网篮状α相和较低比例的马氏体分布是其断裂韧性较高的根本原因;而钛合金EBW焊接头焊缝中针状马氏体的分布导致其局部硬度较高,并降低了断裂韧性.

CoCrFeMnNi高熵合金激光焊与TIG焊接头组织与性能对比

为探究高熵合金作为结构材料应用的适用性,采用激光焊与TIG焊对板厚2 mm的CoCrFeMnNi高熵合金进行连接,并对母材及两种焊接接头进行组织观察、显微硬度测试和拉伸性能测试。结果表明,激光焊与TIG焊焊缝晶粒形态基本一致,都是由垂直于熔合线方向生长的胞状树枝晶和焊缝中心处的等轴晶组成,但激光焊焊缝区晶粒较细;母材的强度与塑性最好,激光焊焊接接头次之,氩弧焊焊接接头最低,而两种焊接工艺得到的焊缝以及母材的显微硬度则恰好相反。