双直流脉冲协调列置双TIG高速焊接工艺
发布时间：2020-09-24 09:43
不锈钢及其管件制品因其具有优良的耐腐蚀性能,足够的强度以及良好的塑性,被广泛应用于压力管道、工业建筑、家具装饰以及食品、医疗等众多领域。钨极惰性气体(Tungsten inert gas,TIG)保护焊具有焊接过程稳定、成本低、焊接质量高等优点,尤其适合薄板结构的焊接,是目前不锈钢薄壁结构主要焊接工艺。由于其钨极载流能力有限,电弧功率受到制约,焊接速度较低,而通过同步提高焊接速度和焊接电流的方法进行单TIG高速焊接,难以获得成形良好的焊缝,并且存在热输入过大造成的焊缝晶粒粗大、耐晶间腐蚀性能下降等问题。针对现代制造业发展对优质高效、低成本焊接工艺方法的需求,本文在开发出的列置双TIG电弧高速焊接工艺基础上,提出双直流脉冲协调匹配的列置双脉冲TIG(双P-TIG)高速焊接工艺,以期进一步降低工业薄壁不锈钢管的高效焊接生产中的热输入。:在双直流脉冲协调匹配列置双TIG高速焊接过程中,利用脉冲峰值阶段主'TIG电弧产生足够的熔深,保证焊缝熔透及背面焊缝成形,此时的辅助电弧电流处于基值维弧阶段,以减小辅助电弧不必要的热输入及其对主TIG熔池的干扰,保证主TIG电弧燃烧及熔池形态稳定;当主电弧电流处于基值维弧阶段时,辅助TIG电弧电流达到峰值,一方面持续加热熔池尾部、延长熔池液态金属存在的时间,保证其有充足的时间回流,另一方面,处于峰值电流的辅助TIG电弧对熔池产生较大的向前推力,阻止熔池液态金属向尾部堆积,并促进熔池金属回流,从而在降低焊接热输入的条件下实现对高速焊接熔池的热力联合调控,有效防止咬边和驼峰焊道等表面成形缺陷的产生。通过建立两型号规格相同的逆变式直流脉冲TIG焊接电源之间的通讯协议,实现两焊接电源输出焊接电流脉冲频率相同,相位差任意可调的目的。建立两脉冲协调控制模块,搭建了双直流脉冲协调控制列置双TIG电弧高速低热输入焊接工艺实验平台。针对主辅脉冲焊接电流不同相位、不同占空比开展高速焊接工艺实验。实验结果表明,当主辅电弧不同时处于峰值阶段时,主电弧与辅电弧之间的相互作用较弱,可避免两电弧相互干扰所导致的熔池紊乱,易于获得成形良好的焊缝。对1.2 mm厚304不锈钢薄板进行对接实验,采用双P-TIG电弧高速焊接工艺,在3.0m/min焊接速度下可以获得良好的焊缝成形;与传统单TIG焊接工艺相比,焊接速度提高了 150%,焊接热输入降低了 17.5%;与恒流双TIG高速焊接工艺相比,焊接热输入降低了 14.5%,而焊接接头抗拉强度、延伸率和硬度相当,焊缝区及热影响区宽度较窄,晶粒平均直径分别降低了12%和17.2%。焊缝晶粒形态分析表明,在焊接速度为3m/min时,双P-TIG焊缝凝固过程中并未形成对向晶粒,焊缝中心两侧组织为较大的奥氏体树枝晶,并与焊缝中心轴成一定角度,以焊缝中心轴为轴线向中上部方向对称生长。相比传统单TIG焊缝,双P-TIG焊缝强度较高,相比双TIG焊缝,双P-TIG焊缝晶粒平均直径较低。工艺实验结果表明,列置双P-TIG电弧高速焊接工艺,既可以保持列置双TIG工艺的优势,在高速焊接条件下防止缺陷的产生,又可以减小不必要的热输入,避免焊缝中心及热影响区晶粒严重长大,最终获得性能优良的焊接接头。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG444.74
【部分图文】：
张力梯度对熔池金属流动的影响。表面张力较小的液体粘度较小，流动性较好，逡逑在熔池金属凝固过程中，具有较小表面张力的液体将向较大表面张力的液体方向逡逑流动。熔深与表面张力温度梯度的关系，如图１．２所示逡逑ｔａ＞ｔｂ逡逑＾？逦ｆ逡逑图１．２熔深与表面张力温度梯度的关系逡逑ｈ、ｈ分别为熔池中心与熔池两侧的温度值，ｙ为表面张力。当熔池表面未逡逑涂敷活性剂时，中心区域温度乃要高于周边区域温度Ａ，此时，表面张力温度逡逑梯度为负，即办／ｃ／ｒ＜０，中心区域表面张力较小，熔池中心金属将流向两侧，逡逑从而形成宽而浅的焊缝。当熔池表面涂敷活性剂时，活性剂中某些元素作用可使逡逑表面张力温度梯度由负转变为正，即办／＾；Ｔ＞０，中心区域表面张力较大，周围逡逑的金属流向熔池中心，形成窄而深的焊缝。逡逑张瑞华等人［２９］于２００１年对低碳钢高效ＴＩＧ焊活性剂进行了研制，所得到的逡逑配方可使焊接熔深增加３倍
种新型方波双逆变电磁搅拌装置，对０．５邋＿厚的不锈钢进行不填丝高速ＴＩＧ对逡逑接焊，外加横向磁场可获得表面成形良好的焊缝，焊接速度可达５．５邋ｍ／ｍｉｎ，如逡逑图１．４所示。逡逑钨极邋１＇！逡逑电弧放／逦：逡逑ｒ逦Ｔｆｆａ邋；逡逑图１．４方波双逆变电磁搅拌装置＿逡逑通过外加纵向磁场，电弧明显收缩，并且在激磁电流一定的情况下，随着磁逡逑场频率的增加，电弧收缩更加明显［４２］。在高速ＴＩＧ焊接过程中引入磁场，使得逡逑电弧在洛伦兹力作用下的形态发生变化，阳极斑点沿焊接方向移动一定长度，使逡逑电弧收缩并矫正电弧后拖，增加了电弧在焊缝横截面的存在时间，有效降低了焊逡逑缝温度梯度，最终减小甚至消除咬边倾向［４３］。杨旭［４４］于２０１２年发现低频磁控焊逡逑接电弧压力呈现环形双峰分布特征，电弧形态由锥形向扇形或钟罩形转变，高频逡逑磁控电弧压力呈现柱状分布特征，揭示了邋ＴＩＧ电弧高频磁压缩机理。逡逑１．２．３邋激光－ＴＩＧ邋复合焊接技术（Ｌａｓｅｒ－ＴＩＧ邋Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｗｅｌｄｉｎｇ）逡逑２０世纪７０年代末
Ｏｎｏ等人于２００２年将激光－ＴＩＧ复合焊应用于汽车装配镀锌钢板的逡逑搭接中，解决了激光焊接过程中经常出现气孔的问题，焊接速度为３邋ｍ／ｍｉｍ如逡逑图１．５所示。当搭接公差较大时，激光－ＴＩＧ复合焊仍然可以抑制气孔的产生，获逡逑得质量合格的焊接接头，实现高效率焊接。逡逑ＹＡＧ邋ｌａｓｅｒ邋ｂｅａｍ逡逑Ｗｅｌｄｍｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋Ｉ邋Ｍ逡逑（ａ）激光－ＴＩＧ电弧复合热源焊接示意图逦（ｂ）焊缝横截面形貌逡逑图１．５激光－ＴＩＧ复合搭接焊示意图以及焊缝横截面宏观形貌逡逑Ｈｕ等人于２００５年研究了激光对电弧的作用机理，揭示了电弧稳定的原因，逡逑主要是电弧等离子体电离作用增强，如图１．６所示。一方面激光束作用于电弧，逡逑电弧吸收少量的能量，使自身的能量X椙浚俳壤胱犹宓缋耄涣硪环矫嬗捎诩ゅ义瞎馐沟煤阜旖鹗粽舴ⅲ舴⒌暮阜旖鹗羰沟壤胱犹宓淖槌沙煞址⑸浠Ｉ鲜鲥义狭礁龇矫娲偈乖诘缁「亢突≈湫纬梢桓龈叩嫉缏饰榷ㄐ郧康牡壤胱油ǖ溃义洗佣朔獠孔饔昧Χ缘缁〉母扇拧＃遥椋猓椋愕热耍簦矗梗热宋淙患す猓裕桑歉春虾附臃藉义戏ǹ梢杂行б种频ト仍春附庸讨胁娜毕荩盐啤⒋嘈韵唷⑵椎龋鲥义辖鍪墙档腿毕菪纬傻目赡苄浴Ｈ欢
本文编号：2825578
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG444.74
【部分图文】：
张力梯度对熔池金属流动的影响。表面张力较小的液体粘度较小，流动性较好，逡逑在熔池金属凝固过程中，具有较小表面张力的液体将向较大表面张力的液体方向逡逑流动。熔深与表面张力温度梯度的关系，如图１．２所示逡逑ｔａ＞ｔｂ逡逑＾？逦ｆ逡逑图１．２熔深与表面张力温度梯度的关系逡逑ｈ、ｈ分别为熔池中心与熔池两侧的温度值，ｙ为表面张力。当熔池表面未逡逑涂敷活性剂时，中心区域温度乃要高于周边区域温度Ａ，此时，表面张力温度逡逑梯度为负，即办／ｃ／ｒ＜０，中心区域表面张力较小，熔池中心金属将流向两侧，逡逑从而形成宽而浅的焊缝。当熔池表面涂敷活性剂时，活性剂中某些元素作用可使逡逑表面张力温度梯度由负转变为正，即办／＾；Ｔ＞０，中心区域表面张力较大，周围逡逑的金属流向熔池中心，形成窄而深的焊缝。逡逑张瑞华等人［２９］于２００１年对低碳钢高效ＴＩＧ焊活性剂进行了研制，所得到的逡逑配方可使焊接熔深增加３倍
种新型方波双逆变电磁搅拌装置，对０．５邋＿厚的不锈钢进行不填丝高速ＴＩＧ对逡逑接焊，外加横向磁场可获得表面成形良好的焊缝，焊接速度可达５．５邋ｍ／ｍｉｎ，如逡逑图１．４所示。逡逑钨极邋１＇！逡逑电弧放／逦：逡逑ｒ逦Ｔｆｆａ邋；逡逑图１．４方波双逆变电磁搅拌装置＿逡逑通过外加纵向磁场，电弧明显收缩，并且在激磁电流一定的情况下，随着磁逡逑场频率的增加，电弧收缩更加明显［４２］。在高速ＴＩＧ焊接过程中引入磁场，使得逡逑电弧在洛伦兹力作用下的形态发生变化，阳极斑点沿焊接方向移动一定长度，使逡逑电弧收缩并矫正电弧后拖，增加了电弧在焊缝横截面的存在时间，有效降低了焊逡逑缝温度梯度，最终减小甚至消除咬边倾向［４３］。杨旭［４４］于２０１２年发现低频磁控焊逡逑接电弧压力呈现环形双峰分布特征，电弧形态由锥形向扇形或钟罩形转变，高频逡逑磁控电弧压力呈现柱状分布特征，揭示了邋ＴＩＧ电弧高频磁压缩机理。逡逑１．２．３邋激光－ＴＩＧ邋复合焊接技术（Ｌａｓｅｒ－ＴＩＧ邋Ｈｙｂｒｉｄ邋Ｗｅｌｄｉｎｇ）逡逑２０世纪７０年代末
Ｏｎｏ等人于２００２年将激光－ＴＩＧ复合焊应用于汽车装配镀锌钢板的逡逑搭接中，解决了激光焊接过程中经常出现气孔的问题，焊接速度为３邋ｍ／ｍｉｍ如逡逑图１．５所示。当搭接公差较大时，激光－ＴＩＧ复合焊仍然可以抑制气孔的产生，获逡逑得质量合格的焊接接头，实现高效率焊接。逡逑ＹＡＧ邋ｌａｓｅｒ邋ｂｅａｍ逡逑Ｗｅｌｄｍｇ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋Ｉ邋Ｍ逡逑（ａ）激光－ＴＩＧ电弧复合热源焊接示意图逦（ｂ）焊缝横截面形貌逡逑图１．５激光－ＴＩＧ复合搭接焊示意图以及焊缝横截面宏观形貌逡逑Ｈｕ等人于２００５年研究了激光对电弧的作用机理，揭示了电弧稳定的原因，逡逑主要是电弧等离子体电离作用增强，如图１．６所示。一方面激光束作用于电弧，逡逑电弧吸收少量的能量，使自身的能量X椙浚俳壤胱犹宓缋耄涣硪环矫嬗捎诩ゅ义瞎馐沟煤阜旖鹗粽舴ⅲ舴⒌暮阜旖鹗羰沟壤胱犹宓淖槌沙煞址⑸浠Ｉ鲜鲥义狭礁龇矫娲偈乖诘缁「亢突≈湫纬梢桓龈叩嫉缏饰榷ㄐ郧康牡壤胱油ǖ溃义洗佣朔獠孔饔昧Χ缘缁〉母扇拧＃遥椋猓椋愕热耍簦矗梗热宋淙患す猓裕桑歉春虾附臃藉义戏ǹ梢杂行б种频ト仍春附庸讨胁娜毕荩盐啤⒋嘈韵唷⑵椎龋鲥义辖鍪墙档腿毕菪纬傻目赡苄浴Ｈ欢
本文编号：2825578
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