交替雙弧復合焊接工藝電弧穩(wěn)定性及熔池行為研究結題摘要

本課題提出了一種交替復合電弧焊接工藝方法，該工藝由一個直流MIG電弧和一個交替TIG電弧復合而成。其中MIG電弧為主電弧，建立在焊絲和母材之間；TIG電弧為輔助電弧，該電弧可以在鎢極和焊絲之間，以及鎢極和母材之間周期性切換。當輔助電弧在鎢極和焊絲之間燃燒時，可以減小母材熱輸入，增大熔敷金屬量；當輔助弧在鎢極和母材之間燃燒時，可以改變熱輸入的大小以及能量分布方式，降低溫度梯度。適當調節(jié)輔助電弧兩個狀態(tài)的時間比率和強度，可以實現(xiàn)熔敷金屬量和熱輸入量的相對獨立控制。 設計了一臺TIG MIG交替雙弧復合焊接設備,并在此基礎上提出一種弧長控制方案。利用高速攝像技術和電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，總結了交替復合焊接TIG輔助電弧的特點；通過非變極性TIG復合焊接工藝電弧觀察試驗，分別描述了TIG電源上路持續(xù)導通和下路持續(xù)導通條件下電弧形態(tài)及簡要分析其導電機理；在穩(wěn)定的交替復合焊接工藝區(qū)間內，進行電弧觀察試驗，對TIG輔助電弧運動進行分析，并描述了TIG電源在變極性狀態(tài)下的變換過程。 通過改變TIG電源的能量輸入大小，實現(xiàn)焊絲熔敷量和母材熱輸入的獨立控制。同時，通過與單絲MIG的焊縫成形對比，可以看出復合焊接下能夠使焊接速度得到提高。 2100433B

提高焊接速度的關鍵問題是：1）保證熱輸入相同的條件下，增大熔敷金屬量；2）降低焊趾處的溫度梯度。提出交替TIG MIG雙弧復合焊接工藝，其主弧存在于焊絲和母材之間，輔助弧一端在鎢極上，另一端在焊絲和母材之間切換。當輔助弧在鎢極和焊絲之間燃燒時，可以減小熱輸入，增大熔敷金屬量；當輔助弧在鎢極和母材之間燃燒時，可以改變熱輸入的大小以及能量分布方式，降低溫度梯度。適當調節(jié)輔助電弧兩個狀態(tài)的時間比率和強度，可以實現(xiàn)熔敷金屬量和熱輸入量的相對獨立控制。提出兩個脈沖過渡一個熔滴控制方式，通過研究電弧電壓和熔滴振蕩的關系，在熔滴向下運動時施加主弧電流脈沖，保證熔滴可靠過渡。選擇合適的信號表征弧長，以輔助弧和主弧兩個脈沖作為一個能量單元，建立和優(yōu)化基于交替雙弧復合焊接工藝的弧長控制算法。該工藝熱輸入介于單絲焊接和傳統(tǒng)雙絲焊接之間，可以同時解決高速焊接的兩個關鍵問題，為薄板高速焊接提供了一種新的可能。

2016年12月13日，《激光-電弧復合焊接工藝規(guī)程》發(fā)布。

2017年7月1日，《激光-電弧復合焊接工藝規(guī)程》實施。

通過建立雙面雙弧焊(DSAW)新方法，獲得了DSAW的電弧形態(tài)、熔池流動、氫擴散、溫度場、應力場及組織等規(guī)律；創(chuàng)新設計了大厚板單雙弧焊冷裂紋拘束試驗方法，探究DSAW的氫擴散行為及冷裂紋形成機制；建立雙弧多道焊熱力耦合分析模型，研究弧間距、焊接參數(shù)、預熱和層間溫度等參數(shù)對熱循環(huán)和應力的影響規(guī)律；構建了雙面雙弧焊臨界開裂預熱/層間溫度的知識建模方法和預測模型，實現(xiàn)厚板高強鋼雙弧焊的低預熱溫度甚至不預熱焊接。 2100433B

2017年5月12日，《鋼、鎳及鎳合金的激光-電弧復合焊接工藝評定試驗》發(fā)布。

2017年12月1日，《鋼、鎳及鎳合金的激光-電弧復合焊接工藝評定試驗》實施。