高速GMAW駝峰形成及雙絲焊抑制機(jī)理研究.pdf

1、熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）因具有設(shè)備成本低、工藝簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)制造中。利用雙絲GMAW可以抑制單絲GMAW高速焊接過程中產(chǎn)生的駝峰焊道等缺陷，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效電弧焊接。近些年來，關(guān)于單絲GMAW駝峰焊道的形成機(jī)理、雙絲GMAW熔池流動(dòng)及焊縫成形的研究，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但仍有許多問題亟需解決，例如，高速 GMAW和常速GMAW熔池流動(dòng)方式的差異還沒有得到系統(tǒng)地描述；表面張力、后向液體流對(duì)駝峰形成的影

2、響還需要系統(tǒng)地研究；需要建立雙絲 GMAW的三維數(shù)值模型，研究熔池內(nèi)液態(tài)金屬的流動(dòng)方式，闡述雙絲GMAW抑制駝峰焊道形成的機(jī)理。
　　本文基于流體力學(xué)理論建立了單絲常速GMAW、高速GMAW、雙絲GMAW焊接熔池三維數(shù)值模型，模型考慮了熔池所受到的重力、電磁力、浮力、電弧壓力、表面張力、以及熔滴的動(dòng)態(tài)沖擊作用，在能量邊界條件中考慮了熔池的輻射、對(duì)流、以及蒸發(fā)作用?；?FLOW3D軟件模擬研究獲得了常速 GMAW、高速GMAW、雙

3、絲GMAW焊接熔池的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)等物理場(chǎng)，基于高速攝影系統(tǒng)觀察了熔池形態(tài)。
　　論文模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單絲常速、高速GMAW熔池流動(dòng)模式存在本質(zhì)區(qū)別，單絲常速GMAW熔池縱截面同時(shí)存在向內(nèi)和向外兩種流動(dòng)方式，形成良好的焊縫，但隨著焊接速度的提高，熔池縱截面僅存在向內(nèi)單一流動(dòng)方式，向外流動(dòng)方式消失，形成了駝峰。
　　模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單絲高速焊接駝峰形成的機(jī)理是液態(tài)金屬在熔池尾部堆積形成“隆起”，同時(shí)高速時(shí)液體通道的拉長(zhǎng)、收縮

4、、提前凝固，隔斷了熔池前部與尾部的液態(tài)金屬和能量的傳遞，形成了波峰和波谷不均勻的駝峰焊道。單絲高速焊時(shí)，熔池縱截面向內(nèi)流動(dòng)方式以及較大的表面張力，促進(jìn)了“隆起”的產(chǎn)生和長(zhǎng)大形成波峰。同時(shí)焊接速度增大時(shí)，熔池長(zhǎng)度變長(zhǎng)，表面張力的法向力容易促使焊接方向液體通道的拘束、收縮。
　　論文模擬揭示了熔池表面張力、熔滴沖擊力等因素對(duì)駝峰形成的影響規(guī)律，隨表面張力、熔滴沖擊力的增大，越容易形成駝峰焊道，同時(shí)通過保護(hù)氣體中加入活性氣體二氧化碳來降

5、低表面張力，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了活性氣體保護(hù)有利于抑制出現(xiàn)駝峰焊道。
　　論文研究了雙絲GMAW溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)等物理場(chǎng)，闡述了雙絲焊抑制駝峰形成的機(jī)理，兩根絲之間的熔池存在電弧壓力和液滴沖擊力所引起的“推-拉”流動(dòng)方式，以及表面張力所引起的向外流動(dòng)方式?！巴?拉”流動(dòng)方式抑制了大量液態(tài)金屬向熔池尾部流動(dòng)，降低了后向液體流的動(dòng)量，液態(tài)金屬無法在熔池尾部堆積形成“隆起”。而向外流動(dòng)方式使熔池內(nèi)的液態(tài)金屬向兩邊鋪展開來，熔寬變大，熔池受到的表面張