高速三絲GMAW抑制駝峰缺陷的機理研究.pdf

1、在熔化極氣體保護焊（GMAW）中，駝峰是限制焊接速度提高的一個重要缺陷。在相同線能量下，雙絲GMAW能在一定程度上抑制單絲焊接缺陷，但在焊接速度進一步提高后依然產(chǎn)生駝峰缺陷。三絲GMAW能在更高焊接速度要求下獲得良好焊縫，抑制駝峰形成，實現(xiàn)高效焊接。近些年來，單絲GMAW駝峰的形成機理和雙絲GMAW抑制駝峰的機理有一定的研究但并未形成統(tǒng)一的理論，而對于雙絲駝峰形成機理以及三絲GMAW抑制駝峰的機理，鮮有學(xué)者對其進行研究。
　　因此

2、，本文基于計算流體力學(xué)軟件FLOW-3D，建立符合單/雙/三絲高速GMAW熔池的三維瞬態(tài)數(shù)值模型，同時利用高速攝影系統(tǒng)獲取焊接過程中的熔池形態(tài)照片，通過工藝實驗獲取焊縫，與模擬結(jié)果對比佐證。通過數(shù)值分析和實驗相結(jié)合的手段，本文系統(tǒng)地研究了單絲駝峰形成機理、雙絲焊抑制單絲駝峰缺陷機理、雙絲駝峰形成機理以及三絲GMAW抑制駝峰缺陷的機理。
　　研究發(fā)現(xiàn)，單絲GMAW在焊接速度1.5m/min時形成駝峰焊道。駝峰形成過程中，熔池內(nèi)液態(tài)金

3、屬高速向后流動并在熔池尾部堆積，液態(tài)金屬通道形成、拉長、收縮并提前凝固阻斷回流，導(dǎo)致駝峰形成。分析發(fā)現(xiàn)，電弧下方凹坑區(qū)液態(tài)金屬流的強大后向動量是造成液態(tài)金屬通道形成的重要原因，同樣，液態(tài)金屬通道區(qū)域內(nèi)液態(tài)金屬相對較高的后向動量也是液態(tài)金屬通道拉長的主要原因，表面張力是引起液態(tài)金屬通道收縮的主要原因。減小液態(tài)金屬流的后向動量是抑制駝峰的有效手段之一。
　　相同線能量下，雙絲GMAW在焊接速度2.1m/min時仍然得到形態(tài)良好的焊縫成

4、形。分析發(fā)現(xiàn)，雙絲GMAW引導(dǎo)熔池中存在一種“推-拉”的流動模式，有效抑制液態(tài)金屬流的后向動量。另一方面，雙絲熔池互通性良好，后絲電弧壓力較小時其下方凹坑區(qū)的熔池具有一定的厚度，對后絲熔滴的沖擊力起到緩沖的作用，抑制了液態(tài)金屬的后向動量。因此，雙絲GMAW可抑制駝峰形成。
　　相同的線能量下，雙絲GMAW在焊接速度2.7m/min時形成了駝峰焊道。研究發(fā)現(xiàn)，雙絲駝峰的形成機理與單絲駝峰基本一致，都出現(xiàn)了液態(tài)金屬高速后向流動和液態(tài)金

5、屬通道動態(tài)變化的現(xiàn)象。在高速GMAW中，雙絲熔池過長，電弧壓力集中分布在共熔池的前部分令熔池變形不均，后絲凹坑區(qū)液態(tài)金屬層過薄使得共熔池的互通性變差，對后絲熔滴的緩沖作用大大削弱，同時引導(dǎo)熔池中“推-拉”流動模式對液態(tài)金屬后向流動的延緩作用也無法順利地傳遞到跟隨熔池中。同時，整個過程中表面張力對液態(tài)金屬通道收縮效應(yīng)的影響并不顯著。
　　相同的線能量下，三絲GMAW在焊接速度2.7m/min時仍然獲得了良好的焊縫成形。研究發(fā)現(xiàn)，三絲