高速GMAW焊縫咬邊缺陷形成機(jī)理及其抑制措施的研究.pdf

1、作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，焊接工藝對裝備制造業(yè)產(chǎn)品的最終質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著舉足輕重的影響，已成為企業(yè)提高核心競爭力的重要因素。目前，熔化極氣體保護(hù)焊(GMAW)因成本低、易操作和適應(yīng)性強(qiáng)，在各類焊接工藝方法的應(yīng)用中居于主導(dǎo)地位。提高GMAW焊接速度是提高焊接生產(chǎn)率的重要途徑。然而，焊接速度的提高會引起焊縫成形變差，首先出現(xiàn)焊縫咬邊缺陷。咬邊缺陷不僅能在缺口處引起應(yīng)力腐蝕裂紋和應(yīng)力集中裂紋，嚴(yán)重影響接頭承受動載荷的能力，而且當(dāng)焊接速

2、度進(jìn)一步提高時還誘發(fā)駝峰缺陷，嚴(yán)重制約著該工藝在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。因此，研究并揭示高速GMAW焊縫咬邊缺陷的形成機(jī)理，進(jìn)而提出有效抑制措施，并在此基礎(chǔ)上針對性改進(jìn)常規(guī)GMAW工藝，實(shí)現(xiàn)高適應(yīng)性而低成本的高速GMAW焊接，這對于大幅度提高GMAW焊接生產(chǎn)效率具有重要的理論意義和工程實(shí)用價值。
　　本課題搭建了電弧形態(tài)、熔滴過渡、熔池表面溫度場及液態(tài)金屬流態(tài)視覺檢測平臺，考察了不同焊接工藝條件下電弧和熔滴在熔池表面的熱-力分布特征，深

3、入研究了高速GMAW熔池內(nèi)液態(tài)金屬的溫度分布、受力狀態(tài)和流動情況及其對焊縫成形的影響。提取相關(guān)特征參數(shù)，建立了高速GMAW三維瞬態(tài)熔池流體動力學(xué)與傳熱過程的數(shù)值模型，定量分析了熔池金屬橫/縱向受力（電弧力、電磁力、流體動壓力、表面張力、熔滴沖擊力等）對熔池表面變形、溫度場特征和液態(tài)金屬流態(tài)的影響。建立了“焊接工藝參數(shù)-熔池受熱/受力狀態(tài)-熔池行為-咬邊傾向”之間的關(guān)系，從三維熔池形態(tài)與受熱/受力特征的角度，揭示了高速GMAW焊縫咬邊缺陷

4、的產(chǎn)生機(jī)制及主要影響因素?；谏鲜鲅芯?，采用小電流TIG電弧有針對性地調(diào)控GMAW焊接過程電弧和熔滴的熱-力分布，改善液態(tài)金屬受熱/受力和流動狀態(tài)，抑制高速GMAW咬邊缺陷的產(chǎn)生傾向。
　　通過實(shí)驗(yàn)測試、數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，對GMAW焊接過程進(jìn)行了系統(tǒng)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明咬邊缺陷產(chǎn)生傾向主要取決于熔池前部液態(tài)金屬縱、橫向流動行為，當(dāng)縱向/橫向平均流動速度的比值大于臨界值(2.0)時，焊縫產(chǎn)生咬邊缺陷。數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，大電流