磁控脉冲GMAW高速焊接工艺研究
发布时间：2021-02-02 05:11
熔化极气体保护焊（GMAW）广泛应用于汽车制造、船舶制造、管道焊接等产业。提高焊接速度是提高其焊接效率的重要途径。然而,高速焊产生的诸如咬边和驼峰等焊接缺陷,已经成为提高GMAW焊接生产效率的重要障碍。因此,如何抑制高速焊接过程中出现的焊缝成形缺陷已成为当下急需攻克的难题之一。采用复合热源、特殊保护气等焊接方法,可一定程度避免高速焊时的焊接缺陷。但这些焊接工艺存在工艺操作复杂、参数繁多、使用成本高等问题,对于广泛的工业化应用还有待深入的研究和改进。近年来研究表明,施加外加磁场辅助GMAW焊接具有成本低、耗能少、效率高等特点。本课题将自主设计的外加复合磁场发生器与焊枪相结合,同时产生横向磁场和交替的平行磁场,用以调节熔池内液态金属的横向铺展和纵向流动,最高焊速可达1.7 m/min。但上述研究主要针对GMAW电流恒定的情况。众所周知,GMAW脉冲焊具有脉冲峰值电流和基值电流的特点。如果GMAW脉冲焊与外加复合磁场耦合后,能否充分发挥脉冲电流和复合磁场对电弧以及熔滴的调控优势,进一步提高焊接速度与质量,目前仍缺乏研究。因此,本课题通过搭建外加复合磁场辅助脉冲GMAW高速焊接实验平台,研究外...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１表面张力梯度变化导致的熔池流动行为示意图［３３］??
山东大学硕士学位论文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射线设备观察高速埋弧焊中熔池的行为。分析认为焊接??过程中电弧压力会导致熔池液态金属向后流动，进而引发咬边缺陷［３４，３５］。随着焊??接速度的提高，液态金属向后流动的效果会增大。图１．２是熔池后退与咬边形成??模型的示意图，当液态金属向后流动的距离（Ｘｍ）大于熔池中最宽的距离（Ｘｓ）时，??液态金属的横向铺展程度不足以将焊缝边缘充分填充，导致咬边缺陷的出现。由??于上述模型对咬边缺陷产生的机理只是进行了定性的分析，并没有更深层次的定??量研究，因此，咬边缺陷的产生机理还有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?！］／??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??图１．２熔池后退与咬边形成模型示意图［３４’３５１??（３）流体静力学模型??冯雷等人在考虑表面张力与溶融金属重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬边缺陷产生与否的静力学模型［３６１。如图１．３所示，其中＃为水平线??和液气界面之间的夹角，少为水平线和熔合线之间的夹角。角＾和角０的变化??反映了焊趾处液态金属的运动趋势。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??图１．３焊缝边缘处液态金属的受力和运动趋势［３６１??当夕＋０＞０时，熔融金属在所受合力的作用下，从焊缝中心向焊缝边缘铺展，??焊缝成形良好。当Ｐ＋介功时，焊缝边缘处液态金属向焊缝中心靠拢。当＃＋０＝０??时，在焊趾处的液态金属受力状态达到平衡，如果继续增大则会诱发咬边缺陷产??３??
山东大学硕士学位论文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射线设备观察高速埋弧焊中熔池的行为。分析认为焊接??过程中电弧压力会导致熔池液态金属向后流动，进而引发咬边缺陷［３４，３５］。随着焊??接速度的提高，液态金属向后流动的效果会增大。图１．２是熔池后退与咬边形成??模型的示意图，当液态金属向后流动的距离（Ｘｍ）大于熔池中最宽的距离（Ｘｓ）时，??液态金属的横向铺展程度不足以将焊缝边缘充分填充，导致咬边缺陷的出现。由??于上述模型对咬边缺陷产生的机理只是进行了定性的分析，并没有更深层次的定??量研究，因此，咬边缺陷的产生机理还有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?！］／??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??图１．２熔池后退与咬边形成模型示意图［３４’３５１??（３）流体静力学模型??冯雷等人在考虑表面张力与溶融金属重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬边缺陷产生与否的静力学模型［３６１。如图１．３所示，其中＃为水平线??和液气界面之间的夹角，少为水平线和熔合线之间的夹角。角＾和角０的变化??反映了焊趾处液态金属的运动趋势。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??图１．３焊缝边缘处液态金属的受力和运动趋势［３６１??当夕＋０＞０时，熔融金属在所受合力的作用下，从焊缝中心向焊缝边缘铺展，??焊缝成形良好。当Ｐ＋介功时，焊缝边缘处液态金属向焊缝中心靠拢。当＃＋０＝０??时，在焊趾处的液态金属受力状态达到平衡，如果继续增大则会诱发咬边缺陷产??３??
本文编号：3014116
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１表面张力梯度变化导致的熔池流动行为示意图［３３］??
山东大学硕士学位论文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射线设备观察高速埋弧焊中熔池的行为。分析认为焊接??过程中电弧压力会导致熔池液态金属向后流动，进而引发咬边缺陷［３４，３５］。随着焊??接速度的提高，液态金属向后流动的效果会增大。图１．２是熔池后退与咬边形成??模型的示意图，当液态金属向后流动的距离（Ｘｍ）大于熔池中最宽的距离（Ｘｓ）时，??液态金属的横向铺展程度不足以将焊缝边缘充分填充，导致咬边缺陷的出现。由??于上述模型对咬边缺陷产生的机理只是进行了定性的分析，并没有更深层次的定??量研究，因此，咬边缺陷的产生机理还有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?！］／??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??图１．２熔池后退与咬边形成模型示意图［３４’３５１??（３）流体静力学模型??冯雷等人在考虑表面张力与溶融金属重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬边缺陷产生与否的静力学模型［３６１。如图１．３所示，其中＃为水平线??和液气界面之间的夹角，少为水平线和熔合线之间的夹角。角＾和角０的变化??反映了焊趾处液态金属的运动趋势。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??图１．３焊缝边缘处液态金属的受力和运动趋势［３６１??当夕＋０＞０时，熔融金属在所受合力的作用下，从焊缝中心向焊缝边缘铺展，??焊缝成形良好。当Ｐ＋介功时，焊缝边缘处液态金属向焊缝中心靠拢。当＃＋０＝０??时，在焊趾处的液态金属受力状态达到平衡，如果继续增大则会诱发咬边缺陷产??３??
山东大学硕士学位论文??Ｎｉｓｈｉ等人利用Ｘ射线设备观察高速埋弧焊中熔池的行为。分析认为焊接??过程中电弧压力会导致熔池液态金属向后流动，进而引发咬边缺陷［３４，３５］。随着焊??接速度的提高，液态金属向后流动的效果会增大。图１．２是熔池后退与咬边形成??模型的示意图，当液态金属向后流动的距离（Ｘｍ）大于熔池中最宽的距离（Ｘｓ）时，??液态金属的横向铺展程度不足以将焊缝边缘充分填充，导致咬边缺陷的出现。由??于上述模型对咬边缺陷产生的机理只是进行了定性的分析，并没有更深层次的定??量研究，因此，咬边缺陷的产生机理还有待深入分析研究。??一?ｊ?Ｉ／?Ｗｆｂｄ？ｒ４??（＾７＾＾?！］／??０?ｊｌ——?ｊｇ?４Ｊ）?■“??图１．２熔池后退与咬边形成模型示意图［３４’３５１??（３）流体静力学模型??冯雷等人在考虑表面张力与溶融金属重力的前提下，基于Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ方??程，建立了咬边缺陷产生与否的静力学模型［３６１。如图１．３所示，其中＃为水平线??和液气界面之间的夹角，少为水平线和熔合线之间的夹角。角＾和角０的变化??反映了焊趾处液态金属的运动趋势。??（ａ）?＾?＋?＾?＞０?（ｂ）?〇?＋?＾＞?＜ｅ??图１．３焊缝边缘处液态金属的受力和运动趋势［３６１??当夕＋０＞０时，熔融金属在所受合力的作用下，从焊缝中心向焊缝边缘铺展，??焊缝成形良好。当Ｐ＋介功时，焊缝边缘处液态金属向焊缝中心靠拢。当＃＋０＝０??时，在焊趾处的液态金属受力状态达到平衡，如果继续增大则会诱发咬边缺陷产??３??
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