旋转射流过渡高熔敷率mag焊电弧现象与焊缝性能研究

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1、上海交通大学博士学位论文旋转射流过渡高熔敷率MAG焊电弧现象与焊缝性能研究摘要焊接作为一种可靠的连接技术广泛用于各个行业中，在与焊接相关的花费中劳动力支出占有很大比重，焊接未来15年发展战略目标的第一条就是将焊接的的平均成本降低三分之一。就熔化极气体保护焊接而言，其手段之一是通过提高送丝速度来提高熔敷率以缩短制造周期，降低生产成本。然而当送丝速度达到一定程度时，熔漉过渡方式将由射流过渡转变为旋转射流过渡，透常认为后者是一种不稳定的过渡方式，因此现有的技术是在保护气体中添加比较多的氦气来抑制旋转射流过渡的发生，从而提高焊丝的许用送丝速度。在我国由于氦气资源匮乏而昂贵，要获得无氦保护气体的高熔敷率

2、MAG焊接工艺，就必须对旋转射流过渡MAG焊接王艺进行研究。在分析高熔敷率MAG焊接对电源动态特性、送丝速度和稳定性、焊枪保护效果和耐热性以及气体配比精度的要求的基础上，建立了由焊接电源、送丝系统、水冷焊枪、气体配比供给系统组成的焊接试验平台；并建立了以激光为背景光源的高速摄影系统对高熔敷率MAG焊的熔滴过渡行为进行观察。本文建立了基于能量平衡的嘉熔敷率MAG焊丝熔化模型，在模型中．f．综合考虑了；电阻热；电子凝聚热包括高温电子的动能、阳极压降的加速动能、材料的逸出功；高温电弧等离子体对焊丝末端的传导加热；以及焊丝末端的电流密度分布对焊丝受热的影响。计算结果表明，在一定的条件下，浸入电弧中的焊

3、丝末端存在高温固态部分。实验观察结采表明保护气体成分对焊丝末端的电流密度分布有着重要的影响。对26种配比的保护气体高熔敷率MAG焊接下的熔漉过渡形态进行高速摄影观察，发现在射流过渡之后存在两种明显不同的电弧形态，一种为稳定的旋转射流过渡，另一种为不稳定的旋转射流过渡。建立了旋转射流过渡焊丝末端的受力分析模型，分析与实验结果表明，在保护气体中添加少量的氧气和二氧化碳可以获褥稳定的旋转射流过渡；保护气体中的二氧化碳超过15％时，不易获得稳定的旋转射流过渡；添加一定量的氦气对旋转射流过渡的发生具有抑制作用。对6种不同配比的无氦保护气体，对影响旋转射流过渡的关键工艺参数进行正交试验，极差法分析结果表明

4、焊丝外伸长度和焊接速度是两个对焊接结果影响最为显著的参数，前者直接影响着焊接电流、焊瘤、电弧功率和熔深，而焊接速度剡直接影响着焊缝表面宽度、焊缝横截面积和咬边。在保护气体中添加少量的氧气有利于降低发生咬边和焊瘪缺陷的几率，添加二氧化碳可以提高电弧功率。设计了适合旋转射流过渡MAG焊接用的坡口，可以实现窄间隙单层单道焊接。对不同线能量旋转射流过渡MAG焊缝的力学性能进行了探索性研究，并尝试在焊接过程中添加药芯焊丝改善焊缝的力学性能。各试样的上海交通大学博士学位论文拉伸试验均断裂于远离热影响区的母奉季上；小线能量焊接的试样弯曲和冲击性能均不合格，大线能量焊接的试样弯曲性能合格两浊击性能不合格。经断

5、园分析、焊缝组织以及夹杂物金相分析、夹杂物生成自由熊计算结果表明，在旋转射流过渡焊接过程中，电弧温度高，保护气体中的氧气和二氧化碳分解度高，熔滴细小，熔池大，较多的氧和碳熔入熔池，碳与氧发生反应，氧还与熔池中的合金元素发生反应，生成的非金属夹杂物在熔池的高温区随着熔池内部的流动而排出，在熔池的低温区被凝固的金属捕获两残塑在焊缝中。在小线能量焊接时，熔池在高温区停留时间筑，在焊缝中残留了较多的大尺寸非金属夹杂物，并发生增碳导致焊缝内的粮晶区中生成马氏体，在二者的作用下，焊缝的弯睡和冲击性能不合格。在大线能量焊接时，熔池在高温区停留时间长，有利于夹杂物的排出以及碳氧反应，夹杂物相对减少，焊缝粗晶区

6、组织改善，获得了合格的弯曲性能，而由于仍存在不少大尺寸夹杂物而导致冲击性能不合格。在焊接过程中添加药芯焊丝，由于造渣剂对熔池的清洗作用，减少了焊缝中的大尺寸夹杂物，获得了合格的弯曲性能，并对焊缝的冲击韧性有着一定的改善作碟。关键词；旋转射流过渡，高熔敷率鹾觚焊接，焊丝熔化模型，无氦保护气体，非金属夹杂物Abstrae￡曼魍舞邕鼻黑■_imll,llmi,illliIi薯舞簟葛岛

7、■■基鼍—墨基■曹邕璺舞寰篡葛毫孽尊詈皇寰醉墨薯蔓蔓薯皇兰鼎摹舞THEA】；乏CP丑[ENoMENAANDBEADPRoPERTYOFRO置懈NGSPRAYTRANSFERmGHDEPoSITIONRATEMAGWEL

8、DINGABSTRACTWeldingisareliablematerial-joiningmethodusedextensivelyinmanykindsofmanufacturingindustry．Thelaborcostsaccountformorethan70％intheproportionofwelding-relatedproductionexpenditures．Thefirsti