脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

单组分活性剂对二氧化碳气体保护焊熔池形态的影响

针对CO_2气体保护焊熔深浅、飞溅大的缺点,研究了添加单组分活性剂对CO_2气体保护焊熔池形态以及熔滴过渡行为的影响。实验结果表明,活性剂的添加对焊缝形态、熔池形态、熔滴过渡方式均有显著的影响。活性剂Se可以通过改变熔池对流模式的方式增加焊缝熔深。活性剂Al可以通过改变熔池与熔滴之间的表明张力差来增加熔滴短路过渡频率。活性剂的添加还会引起燃弧功的变化,燃弧功的变化会引起母材熔化量相同趋势的变化。     

基于三维重构技术的K-TIG熔池流动表征

采用钛元素示踪方法表征K-TIG焊接430不锈钢熔池流动行为,在完全熔透焊缝中观察到熔池沿板厚方向分为3个区域,包括马兰格尼对流圈、洛伦兹力推动的对流圈及中间过渡区域;未熔透时熔池中只有马兰格尼对流圈及对流圈与熔池边缘之间的区域.基于连续金相切片的三维重构技术建立了熔池小孔附近流动未稳定区的三维模型与未熔透情况下气孔处焊缝的三维模型.观察了K-TIG熔池流动由未稳定过渡至稳定的过程,小孔前壁只有很薄的一层液态金属流动层,液态金属沿小孔侧壁流动至后方熔池中,熔池在小孔后部开始形成马兰格尼对流圈,在小孔形成后一段距离之后,开始形成洛伦兹力推动的对流圈.未熔透时熔池流动行为明显弱于熔透时熔池流动行为,对流流动减弱易于造成气孔的产生.     

双丝GMAW焊熔滴过渡对焊缝形状影响的研究

双丝共熔池GMAW(twin-wire co-pool gas shielded metal arc welding, TCGMAW)熔滴过渡对焊缝成形的影响体现在对熔池的作用上,熔滴对熔池的作用在于向熔池传输能量、动量和质量,最终会影响到焊缝的成形和质量。本文根据高速摄影结果,建立双丝GMAW焊接熔滴过渡的运动轨迹,从理论上分析了熔滴过渡的特点,并根据分析结果建立了贴体坐标系下熔滴带入熔池的热量和动量的数学模型,研究了熔池各个表面上的动量和能量边界条件, 在此基础上进行了焊缝形状的数值模拟,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,建立的数学模型是可行的,与实际的试验结果比较吻合。     

双丝GMAW熔滴过渡对焊缝形状的影响

双丝共熔池气体保护焊(TCGMAW)的熔滴过渡对焊缝成形以及焊接质量具有重要的影响.文中根据高速摄影结果,建立了TCGMAW熔滴过渡的运动轨迹,从理论上分析了熔滴过渡的特点,并根据分析结果建立了贴体坐标系下熔滴带入熔池的热量和动量的数学模型,研究了熔池各个表面上的动量和能量边界条件,在此基础上进行了焊缝形状的数值模拟,并与实验结果进行了对比分析.结果表明,所建立的数学模型是可行的,与实际的试验结果比较吻合.     

吸烟焊枪在药芯焊丝CO2气保焊中的作用

采用吸烟焊枪进行药芯焊丝CO₂气保焊,通过记录烟尘扩散形态和焊接电流电压变化,采用高速摄像分析熔滴过渡过程,以及对比焊缝表面成形和采用X射线探伤揭示焊缝缺陷,并与未吸烟时对比,研究了不同吸烟功率和焊枪倾角下吸烟焊枪的吸烟行为及其对焊接过程和焊接质量的影响. 结果表明:焊接烟尘被有效吸入吸烟焊枪,其烟尘扩散形态整体呈锥形,并随吸烟功率的增加,其气流挺度增加,吸尘效果增强. 熔滴过渡仍表现为大滴排斥过渡,吸烟只是使熔滴过渡频率稍有增加. 采用不同功率以及焊枪倾角,均能得到表面成形良好和无缺陷的焊缝.     

焊接工艺对镍基焊缝气孔的影响

针对镍基合金钨极氩弧焊焊缝中气孔形成的影响因素,采用高速摄像机、光学显微镜获得了气孔在熔池及焊缝中的形态及分布特征照片,研究了油污、送丝速度、保护气体和焊接电流等参数对熔池气泡的影响。结果表明：采用钨极氩弧焊对镍基合金焊接时,熔池表面有少量的气泡逸出,证明了焊缝金属中气孔源的存在;显微组织观察发现,有未及时逸出的气泡残留其中,但是利用UT,RT探伤手段无法检测出该类缺陷的存在;送丝速度和焊丝油污对焊缝金属中气孔的形成有明显的影响;适当调整其他焊接工艺参数对气孔影响均不显著。     

焊接电弧中电磁力的分析

在电焊过程中,焊接电弧中产生的电磁力对焊缝的熔深,熔池的搅拌,熔滴过渡以及焊缝成形等都有直接影响。本文分析了电弧中电磁力对焊接过程中熔滴过渡的影响,并且讨论了:(1) 圆柱形固态焊条内电磁力;(2) 球形液态熔滴内电磁力在几种情况下对熔滴向熔池过渡的影响;(3) 圆台体气态电弧内电磁压力的作用。     

喷焊层对焊缝组织性能的影响规律

为解决油田管线焊接接头防护问题 ,利用金相显微镜对焊缝组织形貌进行了观察。得到了镍基喷焊层元素熔入量对奥氏体焊缝显微组织及裂纹敏感性的影响规律。结果表明 ,镍基合金喷焊层的合金元素对奥氏体焊缝显微组织有明显影响 ,随着喷焊层元素熔入量的增加 ,焊缝柱状晶变得粗大 ,且方向性变得更明显。在一定范围内 ,增加喷焊层元素熔入量 ,焊缝的热裂纹敏感性将增大 ,但当熔入量再继续增加时 ,由于过量的喷焊层形成的大量低熔共晶物对焊缝冷却过程中的微裂纹起到了“愈合作用” ,使焊缝裂纹敏感性有所降低。同时 ,熔入过量喷焊层元素使得焊缝的薄弱位置发生了变化 ,热裂纹产生的位置由等轴晶区转移到柱状晶区。为了降低焊缝的热裂纹敏感性 ,应该在保证喷焊层耐蚀性的前提下 ,尽量降低喷焊层的厚度     

激光工艺对45钢表面梯度熔覆层组织性能的影响

研究了激光熔覆功率、扫描速度和熔覆材料对熔覆层组织结构与耐磨性等的影响.结果表明:梯度熔覆层连续完整,无裂纹、气孔等缺陷,与45钢基体呈冶金结合状态.熔覆层显微组织特征为枝晶、等轴晶等多种形貌的快速凝固组织,由α-Fe,CrNiFe-C和Cr₇C₃等组成.熔覆层显微硬度呈梯度分布,表层硬度达7.48GPa,过渡层硬度达5.52GPa,分别是基体硬度的3.74和2.76倍.激光熔覆技术可显著提高45钢的耐磨性能.     

双丝共熔池熔化极气体保护焊熔池流动的数值模拟

利用FLOW3D软件建立三维数值模型,以模拟船用A36低碳钢双丝熔化极气体保护焊(GMAW)熔池的流动行为.采用双椭球热源模型,考虑电弧压力、表面张力、电磁力及浮力所驱动的熔池内液态金属的流动和热传递,以及辐射、蒸发、熔滴的动态冲击作用,并利用高速摄影技术观察熔池的流动行为.结果表明,双丝GMAW形成了单一共熔池,后丝产生的电弧压力分量抑制了液态金属向熔池尾部的流动,双丝之间形成的"推-拉"流动方式以及熔池向外流动方式有助于形成较好的焊缝;双丝GMAW熔池内不易形成毛细不稳定流动的现象,熔池前后表面张力的法向分量相对平衡,没有出现液体通道收缩及提前凝固的现象.     

喷焊层对焊缝组织性能的影响规律

为解决油田管线焊接接头防护问题，利用金相显微镜对焊缝组织形貌进行了观察。得到了镍基喷焊层元素熔入量对奥氏体焊缝显微组织及裂纹敏感性的影响规律。结果表明，镍基合金喷焊层的合金元素对奥氏体焊缝显微组织有明显影响，随着喷焊层元素熔入量的增加，焊缝柱状晶变得粗大，且方向性变得更明显。在一定范围内，增加喷焊层元素熔入量，焊缝的热裂纹敏感性将增大，但当熔入量再继续增加时，由于过量的喷焊层形成的大量低熔共晶物对焊缝冷却过程中的微裂纹起到了“愈合作用”，使焊缝裂纹敏感性有所降低。同时，熔入过量喷焊层元素使得焊缝的薄弱位置发生了变化，热裂纹产生的位置由等轴晶区转移到柱状晶区。为了降低焊缝的热裂纹敏感性，应该在保证喷焊层耐蚀性的前提下，尽量降低喷焊层的厚度。     

GMAW熔滴热焓分布及焊缝几何尺寸的预测和控制

本文综合考虑ＧＭＡＷ焊接的物理过程，提出了熔滴热焓量在熔池中的分布模型，建立了ＧＭＡＷ焊接熔池流场，热场的数值分析模型，以此为基础研究了焊接工艺参数与焊缝几何尺寸的关系。实验表明，焊缝几何尺寸的计算值和实测值吻合良好，这一模型可用于焊缝几何尺寸的预测和控制。     

齿轮激光深熔焊接的研究

本文采用高功率CO_2激光焊接组合齿轮;研究了激光焊缝质量与激光焊接工艺参数的关系;采用金相显微镜和扫描电镜观察分析了齿轮激光焊缝区的微观结构;测量了焊缝区的显微硬度分布.文中对齿轮激光焊缝区的缺陷(如裂纹、气孔等)作了较详细的研究,并对激光焊接试样作了拉伸和弯曲试验.     

二氧化碳短路过渡焊电流波形控制模式的研究

针对二氧化碳弧焊熔滴短路过渡过程动特性差，飞溅大的特点，对一种关联式电流波形智能控制器的波控模式进行了研究，提出了实时控制熔滴过渡过程电流波形的波控基本模式。试验表明，该波控模式能对弧焊过程实施有效波控，尤其适宜于带有交流纹波成分的整流焊接电源的波控。采用该控制模式，通过波控器的快速分流作用，可抑制弧焊短路初期，短路未期的电流增长和燃弧初期的电弧冲击，能够优化熔滴过渡过程的电流波形，使液桥柔顺破断，熔滴无冲击地进入熔池，从而改善了二氧化碳在弧焊过程中的动特性，抑制了焊接飞溅。     

脉冲TCGMAW电流频率对熔滴过渡与焊缝成形的影响

基于所建立的高速摄像与电信号检测系统,对高速脉冲双电弧共熔池MAG焊在不同脉冲电流频率下的熔滴过渡过程进行了观察,并就频率变化对熔滴过渡方式以及焊缝成形质量的影响进行了研究.结果表明:在实验所采用的焊接规范下,脉冲电流频率较高( 140 Hz)时,前丝熔滴过渡方式为射滴过渡,而后丝熔滴过渡方式为射流过渡;脉冲电流频率较...     

430铁素体不锈钢电阻点焊工艺性能

采用机器人中频直流伺服焊枪点焊系统对1.2mm厚的AISI 430不锈钢薄板进行了点焊试验,研究了焊接电流对点焊接头力学性能、熔核直径、微观形貌、显微硬度以及拉剪断裂模式的影响规律.结果表明:随着焊接电流的增大,430不锈钢点焊接头抗剪强度增大,当电流达到10kA时,点焊出现飞溅现象,导致接头强度降低.接头熔核区由粗大的铁素体组成,带有少量的马氏体组织和碳化物沉淀.熔核区硬度高于母材区和热影响区,当熔核直径大于4.8mm时,接头主要发生纽扣断裂;当熔核直径小于4.8mm时,接头主要发生界面断裂,且一般为脆性断裂.     

保护气流量对纯镍等离子弧焊接头力学性能的影响

对N6纯镍采用不填丝穿孔等离子弧焊方法研究氧对焊接接头力学性能的影响.结果表明:当其他焊接参数一定时,焊缝的抗拉强度和冲击功随着保护气流量的降低而提高.当保护气气体流量达到15L/min时,焊接接头的抗拉强度达到最大值324.6MPa,是母材强度的85.4%;焊缝的冲击功达到最大值141.4J,是母材冲击功的65.3%;焊缝显微硬度曲线呈近似"U"形,并随着保护气流量增加而降低;对不同保护气流量下焊缝的室温拉伸断口形貌分析发现,随着保护气流量的增加,气孔缺陷逐渐减少并消失,焊缝断口由脆性断裂逐渐变为韧性断裂.     

碳钢芯不锈钢焊条合金化机理的探讨

本文在讨论药皮过渡合金,熔滴和熔池阶段反应区特点及其物化条件的同时,重点对熔滴和熔池阶段合金化作用及其影响因素做了较详细的论述和分析。在研制碳钢芯高效不锈钢焊条基础上,应用电子探针、电子扫描等测试技术,就新奥102Fe高效不锈钢焊条焊接时各反应区合金化程度、金相组织、显微硬度及焊缝金属化学成分均匀性和机械性能稳定性等问题作了试验和说明。通过试验,对不同合金化方式的不锈钢焊条性能特点及其合金化机理有了进一步认识。试验表明,新奥102Fe高效不锈钢焊条由于渣系设计合理,实现了细颗粒“附壁”过渡形态,不仅具有较满意的工艺性能,较高的熔敷效率,而且熔敷金属化学成分比较均匀,机械性能也是稳定的。因此,本文为该焊条在生产上推广应用,提供了一定的实验和理论分析基础。     

耦合电弧AA-TIG焊的骤冷效果

为获得耦合电弧AA-TIG焊高温熔池中氧元素的分布状态,以水作为冷却介质,采用骤冷法从试件底部对高温熔池进行冷却.喷水冷却时间分别为熄弧前1、0.8、0.6、0.4、0.2、0s.分别从试件表面温度变化、熔深和显微组织3个方面对以上6组试验与常温冷却的试样进行对比研究.结果表明:与常温冷却相比,骤冷使得熔池温度突然下降,起到了骤冷效果;在熄弧前0.4s进行喷水骤冷时,冷却效果最好,几乎不影响焊缝熔深,并且柱状晶基本从底部生长到了试件表面.