高强钢立向和横向位置MAG焊熔滴过渡和电弧稳定性

发布时间：2020-06-18 05:58

【摘要】：随着船舶及海洋平台向大型化、轻型化发展以及应舰船装备的发展要求,高强钢在舰船建造上的应用越来越广泛。本研究中焊接母材是20-50mm厚的10Cr5Ni Mo V高强钢,属于厚板焊接。为了提高厚板的焊接质量和效率,选用了单面MAG焊打底、双面MAG焊填充盖面的新工艺。本文重点研究了高强钢立向和横向位置MAG打底焊工艺,利用高速相机和电信号采集系统同步采集焊接过程中的熔滴过渡图像和焊接电压电流信号,直观地观察了电弧形态和熔滴过渡稳定性。对电弧稳定性、熔滴过渡稳定性和焊缝成形进行综合分析,优化焊接规范,获得了焊接过程稳定、焊缝成形良好的打底焊缝。在平焊位置分别研究了保护气中CO2和He含量对焊接过程中电弧、熔滴过渡稳定性及焊缝成形的影响。研究发现,保护气中加入CO2或者He,会引起电弧收缩,弧长变短。CO2含量为2.5%时,存在严重的阴极斑点漂移现象,电弧的不稳定状态导致了不稳定的一脉一滴和不稳定的一脉多滴过渡。CO2含量增加到5%及7.5%时,电弧稳定性增强,熔滴过渡形式由稳定的一脉多滴向一脉一滴转变。随着He含量的增加,过渡频率整体呈下降趋势。电弧收缩会影响焊缝形状,CO2和He含量增加,电弧收缩程度增加,碗状熔深变深。立向上MAG打底焊,为避免熔化金属下淌以及电弧热量集中在坡口中间,采用了摆动电弧的方式。利用正交试验的方法,研究了焊枪摆动参数包括摆动长度L,摆动宽度D,焊枪在单侧停留时间比例k及电参数焊接电流I对电弧稳定性、熔滴过渡稳定性及焊缝成形的影响。结果表明,随着焊接速度和单侧停留时间比例增加,电弧自身调节作用的灵敏度增加,但它不会随着焊接速度增加一直提高,当焊接速度增加到0.08m/min时,电弧稳定性下降。焊接电流增加,电弧的稳定性整体下降。摆动长度在本试验设置的水平范围内对电弧稳定性的影响趋势不明显。各焊接参数对熔滴过渡稳定性的影响与电弧稳定性的变化是一致的。随着焊接电流的增加,焊缝厚度增加;焊接速度和单侧停留时间比例增加,焊缝厚度和焊缝余高减小。随着焊接速度的增加,余高先减后增。焊接速度较小时,适当增加速度,可以避免熔化金属过多的积累,余高减小。但焊接速度过快时,液态金属凝固速度也相应加快,不利于液态金属在坡口里的流动铺展,这会使焊缝余高增加。综合分析评价电弧稳定性、熔滴过渡稳定性和焊缝成形,得到了焊接过程稳定、焊缝成形良好的立焊打底焊规范。横焊位置焊枪不摆动,采用了不对称坡口,焊枪下倾并对准上下坡口交界位置,这可以使电弧对称作用于上下坡口,同时抑制上坡口熔化金属下淌。本文考察了焊接速度和焊接电流对焊缝成形的影响,发现焊接速度从0.15m/min增加0.30m/min时,上坡口侧壁熔深和焊缝厚度逐渐减小;焊接电流从170A增加到200A时,上坡口侧壁熔深和焊缝厚度逐渐增加。综合评价分析熔滴过渡稳定性和焊缝成形,给出了熔滴过渡稳定、焊缝成形良好的最优焊接规范。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U671.8
【图文】：

工艺图,厚板焊接,工艺

图 1-1 传统厚板焊接工艺于厚板焊接的方法有电子束焊、激光-电弧复合焊接、热丝 TIG 焊等。电子束焊能量密度高，一次可焊0mm，但其设备复杂，价格昂贵，一般采用真空电子对坡口加工精度高，操作难度大，在高强钢大厚板焊-电弧复合焊接很好克服了激光焊对坡口加工精度、，最大的焊件间隙可以放宽至 1mm，降低了船舶建加工成本，但是大厚板高强钢焊接要想获得更大的熔求很高，因此，目前激光-电弧复合焊接主要应用在属构件焊接上[11,12]；A-TIG 焊接应用在中厚板结构面成形，减少道次和工序，但焊前需要在工件上涂抹口填丝的大厚板结构焊接不实用[13]；T.I.M.E.(Transfeergy)焊接可以全位置焊接，焊缝平滑美观，其对焊丝高，生产难度大，焊丝长度增加容易引起焊缝夹渣，背面清根[14,15]；热丝 TIG 在常规 TIG 焊基础上，

示意图,双弧焊接,厚板,示意图

)焊接方法是在待焊焊缝的两侧，采用这种焊接方法引起的焊接变形小，可如图 1-2 所示，可分为双面双弧非对称，在非对称双面双弧焊接中，温度场，而后电弧起后热作用，一定程度上降冷裂纹倾向[19]，并且正反面焊缝同时焊接变形。此外，双面双弧焊有单电源型指两把焊枪都由一台电源供电，源型采用两台焊接电源分别对两把焊枪一极。双电源型 DSAW 由于其焊接热，焊后无需清根，简化工序，能提高焊接镁铝合金薄板，并逐渐在大厚板高效

【参考文献】