窄間隙MAG焊電弧行為研究.pdf

1、窄間隙MAG焊是針對厚板焊接的一種高效焊接方法。窄間隙MAG焊有許多具體的焊接方式，其中高速旋轉(zhuǎn)電弧方法焊接過程穩(wěn)定；雙絲方法焊接熱輸入范圍大，適于全位置焊。所以這兩種方法是窄間隙MAG焊中最常用的方法，涵蓋了窄間隙MAG焊的所有應(yīng)用領(lǐng)域，且二者具有各自的優(yōu)勢和適用領(lǐng)域，不能相互替代。高速旋轉(zhuǎn)電弧方法由于電弧旋轉(zhuǎn)頻率較高，因而具有獨特的電弧特性、熔滴過渡特性以及焊絲熔化特性；雙絲方法由于兩個電弧間的干擾，電弧穩(wěn)定性較差。所以本文針對這兩

2、種方法的電弧行為以及電弧行為對焊縫成形的影響規(guī)律進行了研究。通過本文的研究，實現(xiàn)了鋼材料在窄間隙坡口中的穩(wěn)定焊接，豐富了窄間隙MAG焊接電弧理論，為規(guī)范參數(shù)的優(yōu)化選擇奠定基礎(chǔ)。
　　首先提出了焊絲雙錐擺旋轉(zhuǎn)方式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了高速旋轉(zhuǎn)窄間隙GMAW焊炬。焊炬較好地解決了導電嘴磨損和側(cè)壁熔合不良的問題。根據(jù)流體力學計算和煙氣試驗設(shè)計了插入式保護氣噴嘴，能夠?qū)ι钇驴诤附舆M行有效的保護。為進一步研究窄間隙高速旋轉(zhuǎn)電弧行為和實際應(yīng)用奠定

3、了基礎(chǔ)。
　　采用高速攝像對窄間隙中直流反極性高速旋轉(zhuǎn)電弧的熔滴過渡行為進行了觀測，并對電信號進行采集。結(jié)果表明：由于側(cè)壁和熔池表面形狀的影響，旋轉(zhuǎn)過程中弧長變化，引起焊接電流波動，導致熔滴過渡形式和焊絲熔化速度發(fā)生周期性變化。對比不同旋轉(zhuǎn)頻率下的熔滴過渡形式和尺寸，證明旋轉(zhuǎn)電弧能夠促進熔滴過渡，但熔滴尺寸并不一定減小，并揭示了離心力在促進熔滴過渡中所起的作用。
　　根據(jù)高速攝像，計算了坡口中不同位置的熔滴過渡時間和過渡速度

4、，指出高速旋轉(zhuǎn)電弧飛濺較少的原因在于靠近側(cè)壁時熔滴過渡時間很短；在坡口中間時雖然過渡時間增大但熔池后部較長，從而保證熔滴落入熔池中。熔滴過渡過程中等離子流力對其加速作用很小。
　　采用高速攝像對電弧形態(tài)觀測表明：窄間隙旋轉(zhuǎn)電弧跟隨焊絲端部液柱發(fā)生偏轉(zhuǎn)擺動。隨著旋轉(zhuǎn)頻率增加，電弧擺動角增加；焊接電流增加，擺動角略有減小。電弧擺動角增加，導致電弧旋轉(zhuǎn)半徑增大。通過對電弧和金屬液柱受力分析，以及對比有無液柱時的電弧形態(tài)，闡明了電弧擺動是

5、液柱與電弧間電磁力以及液柱與側(cè)壁間可以形成導電通道引起陰極斑點移動共同作用的結(jié)果。
　　試驗表明高速旋轉(zhuǎn)電弧方法僅適用于直流反極性。系統(tǒng)的研究了直流反極性旋轉(zhuǎn)電弧對焊縫成形的影響規(guī)律和機理。提高旋轉(zhuǎn)頻率和降低保護氣中 CO2含量能夠增加焊縫表面彎曲和側(cè)壁熔深。窄間隙旋轉(zhuǎn)電弧還可以增大焊接規(guī)范區(qū)間，但對焊絲熔化效率影響不大，因而旋轉(zhuǎn)電弧改變焊縫成形完全是由于電弧熱量的合理分配，而不是通過改變整體焊接熱輸入。進而指出側(cè)壁熔深增加主要是

6、電弧旋轉(zhuǎn)半徑增大和靠近側(cè)壁時焊接電流增加共同作用的結(jié)果；側(cè)壁熱輸入增加，側(cè)壁與熔池的潤濕能力增強，導致焊縫表面彎曲增大。另外旋轉(zhuǎn)頻率增加，焊絲端部金屬液柱的擺動幅度增大，容易造成液柱與側(cè)壁短路，頻繁的短路過渡惡化焊縫成形，所以規(guī)范選擇的前提是液柱與側(cè)壁不發(fā)生短路過渡。
　　最后針對雙絲(電弧不旋轉(zhuǎn))窄間隙 MAG焊電弧穩(wěn)定性進行了研究。較大的送絲速度可以獲得更寬的穩(wěn)定規(guī)范區(qū)間。電弧不穩(wěn)定主要體現(xiàn)在由于電弧間干擾導致斷弧嚴重。通過試