窄间隙P-GMAW仰焊位置熔滴过渡影响因素及控制方法

管道窄间隙全位置焊接过程中,在接近仰焊位置容易出现焊接缺陷,制约了管道施工的质量和效率.文中针对管道自动焊仰焊位置成形差、可靠性低的问题,分析P-GMAW过程送丝速度、弧长修正、导电嘴到熔池距离等因素对熔滴过渡的影响规律.结果表明,增加弧长修正系数可以增大电弧对侧壁的热输入,能够缓解侧壁熔合不良的问题,但会使熔滴过渡路径难以控制.因此当焊枪运动到仰焊位置时,提高送丝速度有利于获得更小的熔滴、更高的过渡频率;降低导电嘴到熔池距离,可以增加电磁力、减小熔滴尺寸,从而更有利于仰焊位置熔滴向熔池的过渡,研究结果对于管道窄间隙焊接的工艺设计具有一定的指导意义.

送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接工艺参数匹配

为探究送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接的工艺参数匹配,自主设计制作了一套送进式焊剂片约束电弧超窄间隙焊接装置,以提高焊接过程稳定性和自动化水平。利用瞬间中断电弧的方法保留了熄弧位置处焊缝形态和焊剂片末端熔化形貌,发现焊接电压和焊剂带送进速度都是通过改变焊剂片对电弧的作用长度来影响焊缝成形,焊剂片对电弧的作用长度可表现为焊剂片对电弧固壁约束面积。通过改变焊剂带送进速度和焊接电压进行了试验研究,结果表明,当焊剂片对电弧固壁约束面积适中时,电弧集中加热区域会下移至间隙底部和侧壁根部,获得根部熔合良好的焊缝;当焊剂片对电弧固壁约束面积较大时,电弧受约束程度过强,电弧加热区域集中在间隙底部,分布于侧壁根部电弧热量很少,焊道上部会有熔池堆积;当焊剂片对电弧固壁约束面积较小时,电弧受约束程度较弱,会沿侧壁攀升导致加热区域集中在两侧壁上,很难在坡口根部形成有效熔池,最终形成孔洞焊缝。确定了最佳的焊接电压范围为21.5~24.5 V,焊剂带送进速度2.1~2.6 mm/s,利用该参数进行超窄间隙单道多层焊接可以获得成形良好的焊缝。

辅丝对摇动电弧窄间隙GMA焊接温度场的影响

【目的】旨在建立主辅丝同步的摇动电弧窄间隙GMA焊温度场模型。【方法】从宏观传热学出发,综合考虑横断面几何形状特征、主丝和辅丝的运动及焊缝表面形状对电弧热流分布特征的影响,并利用ANSYS软件对不加辅丝和主辅丝同步摇动两种情况下的电弧瞬态温度场及热循环曲线进行了模拟计算。【结果】焊缝横断面的计算结果、测温特征点热循环曲线的计算结果,与试验结果接近。【结论】证明模型可以真实反映添加辅丝的摇动电弧的移动轨迹及分布特征,具有较高的准确性。不加辅丝时,焊缝横断面底部有明显“双峰”特征,主辅丝同步摇动时,“双峰”特征明显减弱。主辅丝同步摇动情况下的热影响区宽度略有增加。

P-GMAW起弧过程特征分析及稳定性判别方法

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影响.通过对电弧图像与电信号特征进行对比分析,提取了表征电弧稳定性的电信号特征变量;为减小变量冗余性和过拟合,采用最大似然估计法筛选并提取了8个变量,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)对变量进行融合,提取了方差贡献率最高的前两个主成分;根据因子载荷发现,相比熔滴过渡阶段和基值阶段,脉冲峰值阶段是电弧更易发生不稳定现象的阶段.结合提取的主成分变量与二分类Logistic回归模型建立了起弧过程电弧稳定性判别模型.通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线得到了模型的最佳阈值.结果表明,该模型对脉冲稳定性判别准确率达到了80%以上,表明模型具有良好的判别性能.该模型对提高窄间隙高低跟踪精度、保证焊接质量具有一定应用价值.

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

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.

大壁厚NiCrMoV钢的窄间隙焊接工艺与接头性能

针对电站设备转子用大壁厚NiCrMoV钢,分析了材料焊接性,采用窄间隙埋弧焊工艺获得了完整的焊接接头,分析了焊接接头的组织、硬度、拉伸与弯曲性能。结果表明,整个焊接接头为完全冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷;焊缝组织为回火贝氏体+少量回火马氏体,热影响区中的粗晶区和细晶区均为回火马氏体组织和沿晶界分布的少量碳化物,母材为回火贝氏体+回火马氏体的混合组织;接头热影响区硬度最高,焊缝硬度略低于母材;焊接接头的抗拉强度随着温度的升高逐渐降低,均满足设计要求;焊接接头经过180°弯曲性能测试均未发现微裂纹,表明接头的延展性良好。

基于BP神经网络薄板P-PAW搭接的间隙自适应工艺参数优化

对大型LNG燃料薄膜舱中1.2 mm厚SUS304L不锈钢板薄板的搭接焊,存在的搭接间隙会带来焊缝成形不良等严重影响船舱安全性的问题。本文通过激光传感器检测搭接间隙变化,设计了不同的峰值电流和焊接速度在不同间隙下的工艺实验,研究了间隙对焊缝成形质量的影响机制;基于BP神经网络建立不同间隙下的脉冲等离子弧焊(P-PAW)的工艺参数和间隙及焊缝成形尺寸之间的拓扑关系模型,通过工艺实验获取模型的训练样本,实现了基于BP神经网络的间隙自适应工艺参数优化系统。结果表明,该系统实现了不同搭接间隙下进行实时工艺参数优化的功能,并对搭接间隙在0~0.6 mm变化时所带来的空洞等缺陷起到了有效的抑制作用,实现了良好的焊接成形一致性控制,提高了在LNG薄膜舱中不锈钢板焊接的自适应能力。

基于SYSWELD的大厚板窄间隙双丝埋弧焊热过程数值模拟

基于60 mm厚Q345R钢,开展了窄间隙双丝埋弧焊焊接试验,得到了合理的工艺参数,焊缝成型平整均匀无任何缺陷.通过SYSWELD有限元软件对大厚板窄间隙双丝埋弧焊焊接热过程进行数值模拟分析,模拟的熔池宽与高和实际相比,误差率均控制在5%以内,并利用热电偶装置测得热影响区热循环曲线与模拟的热循环曲线变化趋势基本一致,具有升温快,降温慢的特点,验证了该模型的有效性.为后续利用该模型,进一步探究不同参数或边界条件对于大厚板窄间隙双丝埋弧焊焊接热过程与应力-应变规律提供理论指导.

厚板窄间隙焊接技术研究现状与应用进展

窄间隙焊接技术已经成为现代工业生产中厚板结构的首选技术,其技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一,近年来随着科技工作者的不断探索和研发,相继涌现了多种窄间隙焊接方法,文中对电弧焊、激光焊和激光-电弧复合焊等窄间隙焊接制造技术进行了系统阐述,概述了不同热源窄间隙焊接制造过程中的焊接质量、焊接效率的影响因素,归纳了不同热源窄间隙焊的工艺特点及应用领域,结合国内外相关技术的发展现状,总结了窄间隙焊技术面临的问题,提出了后续的发展建议,为相关领域的科研工作者提供参考.

点环激光超窄间隙焊与电弧焊高强钢厚板组织性能对比研究

为消除激光超窄间隙焊易产生的侧壁熔合缺陷,开发了点环激光填丝焊工艺,利用中心点激光对焊丝加热,利用环激光对窄间隙坡口加热,完成30 mm厚10CrNi3MoV低合金高强钢的焊接,并与传统电弧焊接头开展组织和性能对比分析。结果表明,激光超窄间隙填丝焊接头焊缝区由针状铁素体、粒状贝氏体与少量的马氏体组成,电弧焊接头由针状铁素体和粒状贝氏体组成。激光焊的快速冷却特点使其焊缝组织较弧焊更加细小。激光焊接头热影响区由较多的铁素体和粒状贝氏体组织和较少的M-A组元组成,有利于接头性能的提高。激光超窄间隙填丝焊接头抗拉强度与电弧焊接头近似相当,但激光超窄间隙填丝焊接头具有更好的冲击韧性。

有限元模拟仿真在压力容器对接接管焊缝相控阵超声检测工艺设计中的研究与验证

针对大壁厚压力容器接管焊缝多为窄间隙对接焊接头,超声检测中存在扫查路径复杂、定量定性精度差和检出率相对较低等难点,引入有限元模拟仿真技术。通过建立工件3D模型和不同类型的缺陷,模拟各缺陷在压力容器筒体外壁和接管内壁相控阵超声检测时的响应情况,优化相控阵超声探头、楔块设计和探头运动轨迹,最终实现检测工艺的理论设计。在带有自然缺陷的模拟试块上,验证检测工艺的准确性和可靠性。对比有限元模拟仿真和在模拟试块上的实际检测情况表明,经过仿真设计过的相控阵超声检测工艺可有效提高接管窄间隙焊缝中缺陷的检出率和检测精度。

焊接参数对异种铝合金搅拌摩擦焊公差容限的影响

为了研究焊接参数对异种铝合金搅拌摩擦焊公差容限的影响,采用显微硬度测试、拉伸力学性能测试、扫描电子显微镜(SEM)等分析测试手段研究了不同焊接工艺参数下的A356与AA6061异种铝合金搅拌摩擦焊焊接头的力学性能及组织。结果表明,工件间隙从0 mm增至1 mm,焊接头抗拉强度显著下降,并产生肉眼可见的焊接缺陷;搅拌头规格保持不变,将焊接速度从120 mm/min降至80 mm/min,可促进材料流动从而提高对工件间隙的容限;搅拌针直径从4 mm增至6 mm,可提高焊接的公差容限,且材料融合程度明显提高,不再出现分层现象。

装配间隙对铝合金激光-电弧复合焊接头成形及气孔的影响研究

采用激光先导方式的激光-电弧复合焊对高速列车车体常用的6082-T6铝合金锁底接头进行焊接试验。通过改变水平间隙和竖直间隙的大小,研究其对焊缝成形、熔深熔宽和气孔率的影响,并结合Fluent数值模拟软件进行验证。结果表明,随着水平间隙的增加,焊接接头的熔深和熔宽都呈现逐渐增大的趋势,特别地,当水平间隙从0 mm增大到1.2 mm时,熔深和下部熔宽分别从5.91 mm和1.65 mm增加至6.45 mm和2.46 mm,这主要归因于激光焊接热输入的增大;另外,接头气孔率呈现先下降后上升的趋势,当水平间隙为0.7 mm时,气孔率达到最小,仅为9.21%,小于无间隙时的10.86%和间隙为1.2 mm时的12.61%,这说明一定的水平间隙尺寸有利于提高匙孔稳定性,而过大的水平间隙尺寸则会造成匙孔稳定性变差;另外,随着竖直间隙的增加,尽管接头的熔深熔宽无明显变化,但气孔率呈现不断增大的趋势,从10.86%增大到15.85%,说明竖直间隙的存在不利于维持熔池匙孔的稳定性。最佳装配间隙尺寸为:水平间隙0.7 mm和竖直间隙0 mm。本研究将为采用激光-电弧复合焊接技术来实现高速列车用铝型材的高质量焊接提供工艺指导,并扩大激光-电弧复合焊接在相关领域的应用范围。

基于旋转电弧的窄间隙横焊打底工艺

【目的】J型铺设是最适合深水的海底管线铺设和海洋立管安装方法,常采用管道自动焊接装备完成横向环焊缝摆动焊接。针对摆动电弧P-GMAW横焊打底层焊缝成形不对称、背部成形一致性差等问题,提出了基于旋转电弧的窄间隙横焊表面张力过渡(Surface tension transfer,STT)打底工艺方法。【方法】以X65管线钢板材对接窄坡口为试验对象,模拟深水立管J型铺设焊接过程。【结果】基于Minitab的田口方法,建立了正交试验模型,通过焊接工艺试验,探究窄间隙横焊STT打底层焊接工艺规范及不同工艺参数组合对焊缝成形的影响规律。【结论】打底层焊缝背部成形一致性好,无未熔合、未焊透等缺陷。

钛合金厚板磁控窄间隙TIG焊接接头的组织与性能

针对影响Ti-6Al-4V合金厚板磁控窄间隙TIG焊接接头力学行为的微观组织因素展开研究。测定了100 mm厚Ti-6Al-4V接头的显微硬度分布和室温拉伸性能,采用数字图像关联技术监测拉伸过程的应变分布,通过全面的微观组织表征揭示接头组织不均匀性对力学行为的影响。结果表明:接头抗拉强度达到893 MPa,接头强度系数达到94%,伸长率仅为3.8%。热影响区组织不均匀性显著,由三种典型特征组织构成。靠近母材的热影响区发生了回复和部分再结晶,成为硬度和强度最薄弱区域,拉伸过程中首先发生屈服和颈缩。接头显著的组织不均匀性导致拉伸过程中发生严重的应变局域化现象,使得接头整体伸长率显著恶化。

G115钢窄间隙自动氩弧焊焊接接头的组织与性能研究

采用窄间隙自动氩弧焊机焊接G115大口径厚壁管,借助金相显微镜对焊接接头的显微组织进行观察,应用拉伸、弯曲、冲击、硬度和残余应力测试等方法对接头的力学性能进行试验分析。结果表明:窄间隙氩弧焊接头显微组织均为回火马氏体,热影响区未发现显微裂纹缺陷,热影响区宽度仅为1.7mm。焊接接头强度性能良好,弯曲试验满足标准要求,冲击试验结果优良,最高硬度值249HV满足标准要求,焊接接头中残余应力的最大值位于焊缝中心,拉应力为278MPa,是母材屈服强度的52%。本研究的全位置窄间隙自动氩弧焊工艺,为G115钢的工程化应用奠定了坚实的技术基础。

窄间隙激光焊研究现状及未来展望

窄间隙激光焊是一种先进的焊接技术,具有焊接厚度大、焊接柔性强、焊后变形小等优点,在厚板结构中得到了广泛的研究。文中全面回顾窄间隙激光焊的历史发展并简要概述窄间隙激光焊的工艺流程。然后深入阐述影响焊接质量的因素并讨论窄间隙激光焊的常见焊接工艺缺陷。此外,总结了优化焊接质量控制策略,可分为光束调制、外部物理场和其他手段。激光摆动被广泛应用于窄间隙激光焊中,电磁及超声辅助也会提升焊缝质量,热丝焊可以提高焊接效率。此外,文中还探讨计算机辅助在窄间隙激光焊中的应用。最后对窄间隙激光焊的未来发展进行了展望。

窄间隙激光焊接研究现状与存在的问题

对于20 mm以上的厚板焊接传统上广泛采用窄间隙埋弧焊、窄间隙熔化极气体保护焊等方法,但其热输入大、变形大等特点限制了其发展。激光焊接具有能量集中、热影响区小、焊接变形小等优势,在厚板焊接方面有更大的优势。文中主要介绍了目前中厚板及厚板窄间隙激光焊接方法中常见的激光自熔焊、激光填丝焊和激光-电弧复合焊的技术特点及其研究现状,分析了窄间隙激光焊在实际应用中存在的问题,如焊接效率不足、热输入过大、焊后变形大、易产生未熔合等。激光-电弧复合焊接具有焊接效率高、熔敷效率高、焊接热损伤低等特点,是适合厚板焊接的方法之一。最后总结和展望了激光焊技术在中厚板制造领域的发展前景。

磁场辅助窄间隙激光填丝焊焊接工艺研究

采用磁场辅助窄间隙激光填丝焊工艺对25 mm厚S32101双相不锈钢板进行多层焊接,并对其焊接性能进行了研究。观察对比了有无磁场辅助窄间隙激光填丝焊的焊缝成形,并重点分析了磁场辅助焊接接头的力学性能、金相组织。结果表明:有无磁场辅助得到的焊缝表面均平滑均匀,基本无飞溅。无磁场辅助的焊缝出现气孔及未熔合缺陷,施加磁场后焊缝无此缺陷。磁场辅助焊接的拉伸试样均断裂于母材位置,焊接接头的抗拉强度高于母材。各焊层焊缝的平均硬度高于母材。焊缝组织为奥氏体和铁素体,组织细密均匀,两相比例均匀稳定,约为1:1。