焊縫咬邊形成機理及高速焊工藝研究.pdf

1、焊接速度是薄板高效焊接的重要工藝參數(shù)，制約焊接速度提高的主要障礙之一是咬邊缺陷的產(chǎn)生。 文中通過計算機仿真、TIG定點焊接、TIG自由電弧焊接、TIG電磁壓縮電弧移動焊接、以及雙弧移動焊接等實驗，研究了熔池液體金屬表面張力溫度系數(shù)、溫度梯度、熔池液體流向以及熔池動態(tài)深寬比等因素對焊縫咬邊形成的影響規(guī)律及其預防措施等。 研究表明，熔池表面液體自熔合線向熔池中心流動是導致焊縫產(chǎn)生咬邊的最重要因素。當表面活性物質(zhì)的存在(例如鋼

2、中硫含量在0.02-0.04％左右)使得熔池表面張力溫度系數(shù)由負值變?yōu)檎禃r，TIG定點不填絲焊點均發(fā)生咬邊現(xiàn)象，而用含硫量極低的鐵基金屬(如硫含量小于0.01％)進行焊接時就不出現(xiàn)咬邊。 溫度梯度是影響焊縫咬邊程度的最重要因素。在其他條件不變的前提下，焊縫咬邊程度隨著溫度梯度的增大而增大。大電流短時間TIG定點焊接時的咬邊傾向和程度大于小電流長時間定點焊接時的咬邊傾向和程度，大電流高速焊接時的咬邊傾向遠大于小電流低速焊接時的咬

3、邊傾向。 增加熔化角可有效減小近熔合線區(qū)的液體流動阻力，降低近熔合線區(qū)凝固速度，對抑制焊接咬邊有明顯作用。當有填充金屬加入熔池時，在重力作用下抑制了熔池金屬向中心流動，降低了咬邊程度。隨著填充金屬量的增加，咬邊將最終消除。 數(shù)值模擬和焊接實驗表明，高速焊接條件下的熔池最大熔深截面滯后于最大熔寬截面，使得焊縫的深寬比不能反映熔池冷卻時的實際情況，故而依據(jù)最大熔寬和最大熔深截面把熔池分為金屬熔化的前段、熔池兩側(cè)金屬開始凝固而

4、熔池底部仍在繼續(xù)熔化加深的中段和液體金屬凝固的后段。顯而易見，咬邊正是出現(xiàn)在熔寬減小而熔深增加的中段。 文中提出熔池動態(tài)深寬比概念：焊接過程中熔寬最大處的熔池深寬比稱為熔池動態(tài)深寬比，其對準確描述高速焊接條件下的熔池行為具有重要意義。 焊接熱源形態(tài)對焊接熔池溫度梯度和動態(tài)深寬比有重要影響，對提高焊接速度有重要意義。數(shù)值分析和實驗結(jié)果都表明，當電弧在電磁場作用下被壓縮成橢圓形(在電弧運動方向被拉長而在垂直于電弧運動的方向被

5、壓縮)，或者雙弧熱源沿運動方向縱向排列焊接時，可有效降低熔池垂直于焊接方向的溫度梯度，提高熔池動態(tài)深寬比，抑制咬邊產(chǎn)生，實現(xiàn)更高速度的焊接。 研究表明，采用U-I模式控制，在峰值電壓36V條件下，直徑1.2mm焊絲，Tp小于2.1ms時，熔滴過渡過程不穩(wěn)定；Tp為2.2～3.2ms時，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的一脈一滴過渡方式；Tp高于3.2ms時，熔滴過渡趨于一脈多滴方式。 通過雙絲焊接工藝實驗及其工藝參數(shù)優(yōu)化得到如下結(jié)論：在線能

6、量相同或者總電流相同的條件下，沿運動方向排列的雙弧焊接比單弧焊接時具有更小的橫向溫度梯度和更大的動態(tài)深寬比，減小了熔合線區(qū)域液態(tài)金屬向中心流動的動力，增大了熔池底部金屬向熔合線區(qū)域的補充能力，降低了咬邊傾向，提高了產(chǎn)生咬邊的臨界焊接速度。 以80C196KC單片機為控制核心，通過軟件技術(shù)實現(xiàn)了焊接規(guī)范給定、脈沖參數(shù)調(diào)節(jié)、焊接過程時序控制、焊接電流電壓實時檢測和顯示以及焊接過程狀態(tài)檢測與判斷等功能，建立了兩臺電源可相互通信、協(xié)調(diào)工