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中厚板焊缝成型研究现状及展望
发布时间:2014-04-18        浏览次数:3217        返回列表
      原中厚板多层多道焊,焊道多、焊接时间长、焊接过程复杂。而中厚板普遍用于大型结构件,对于焊接质量要求严格。焊缝成型直接决定了坡口连接处的组织性能,因此,对于焊缝成型的研究显得尤为重要。由于中厚板需要开坡口且常采用多层多道焊,对于中厚板焊缝成形相关问题的研究主要有焊缝填充和焊缝形状。

焊缝填充
 
  中厚板焊接对坡口填充的金属量有一定的要求。金属填充量过多造成余高太高容易引起应力集中,焊缝凹陷未填充满则会降低焊缝截面的承载能力。焊接过程中焊丝金属的熔敷量与坡口所需的金属填充量要有较好的吻合,以保证良好的焊接质量和表面质量。规划精确的填充策略,设置每道焊道的焊接参数,满足焊接要求。而多层多道焊焊接参数频繁变化,避免出现不规则焊道,有必要研究相关的焊接参数与焊缝金属填充量之间的关系。
 
  焊缝填充的研究现状
 
  针对中厚板多层多道焊缝填充国内有相关文献研究:河北工业大学的李慨等人针对大型V形焊接接头多道焊,提出每道焊道截面积相等的填充策略,根据接头的截面积和每道焊道所需的最大截面积计算V型坡口所需的层数和每层的道数,对同一个焊接接头采用同一组焊接参数。该填充策略避免了焊接参数的频繁变化引起的焊道不规则的影响,具有适应性强、操作简便的特点。武船重型工程有限公司的张华等人针对熔化极活性气体保护焊药芯焊丝填充,用熔敷效率定义熔敷在工件坡口中的金属重量与所使用的焊丝总重量之比。采用药芯焊丝进行试验,对焊接前后工件和焊丝盘进行多次称重并取平均值,分别计算出焊接过程中焊丝和工件的重量差。熔敷效率即为工件填充的金属重量与焊丝使用的重量之比。根据单位时间内工件熔敷的金属重量等于焊缝截面积、金属密度和焊接速度相乘,通过对时间和焊接速度的记录还能计算出焊道截面积。通过实验得到药芯焊丝在熔化极活性气体保护焊中不同参数下的熔敷效率为80%—90%,焊缝截面积与焊接电流大致呈线性关系。焊缝截面积与焊接速度大致呈反比关系。
 
  焊缝填充的技术难点与展望
 
  上述有关焊缝填充的文献在研究焊缝截面积与各焊接参数间的关系时,对焊接工件采用称重的方式测量焊缝重量容易产生很大的误差。采用先进的焊缝截面测量技术能保证数据的准确性,才能更真实的反应焊接参数与焊缝截面积的关系。
 
  相关文献总结焊接电流与焊缝截面积的关系式。而焊机在焊接过程中为了稳定电弧不同的焊机采用的不同的方式调整焊接电流。所以焊接电流与焊缝截面积的关系随着焊机的不同而改变。随着一元化焊机研究与使用。实现了焊接电流、电弧电压、送丝速度的一元化调节。气体保护焊一般应用直径1.0到1.6的细丝焊丝。焊机在稳定电弧电压调节送丝速度响应慢且送丝速度的频繁变化极容易损害送丝电机。脉冲熔化极气体保护焊通过调整脉冲电流与基值电流的占空比调整焊丝的熔丝速度达到熔丝速度与送丝速度的平衡以稳定电弧长度,焊机采用等速送丝。因此在使用一元化焊机(如福尼斯焊机)时,用送丝速度取代焊接电流研究与焊缝截面积的关系更加准确。
 
  之前的研究在总结经验公式之后采用熔敷效率的平均值计算焊缝截面积,忽略了不同的焊接参数对熔敷效率的影响。新余钢铁集团机械制造公司的刘琛敏针对CO2气体保护焊产生大量飞溅的问题,分析飞溅产生的原因。指出焊接电流、电弧电压的变化会影响电弧的稳定,焊接速度的改变引起熔池中的熔滴金属与熔池之间作用力的变化,这些因素都直接影响飞溅的大小及多少。通过现场经验可知焊接飞溅与焊接速度呈正相关、与焊接电流和电弧电压的关系比较复杂。同样的焊接参数采用不同的焊机焊丝的熔敷效率也将会改变,因此,建立与中厚板焊缝填充相关的专家数据库,存储不同焊机不同直径的焊丝采用不同的焊接电流、焊接速度焊接时不同的熔敷效率,并根据对熔敷效率的影响优化焊接参数。
 
  焊缝形状
 
  中厚板多层多道焊为了保证焊道与坡口有良好的结合以及各焊道之间的搭接,对于各焊道成型的形状有一定的要求。最典型的是液压支架结构件的焊接,其明确规定每道焊缝的高度不大于5mm,各道要相互搭接,后道搭前道1/3~1/2。电力建设施工及验收技术规范有关焊接的要求也对焊缝的尺寸要求作出明确规定,其中包括熔深、熔宽、余高、焊缝宽度等主要尺寸。
 
  有关焊缝形状的相关文献研究
 
  焊接工艺参数对于焊缝形状的影响很大,针对焊接形状的已经有一些研究。天津大学的韩国明等人采用回归正交试验方法,建立了CO2气体保护焊短路过渡时焊缝几何形状和尺寸与主要焊接工艺参数的数学模型,根据试验结果,可以预测焊缝几何形状和尺寸,也可以根据对焊缝成型的要求优化选择焊接工艺参数。
 
  装甲兵工程学院的梁媛媛等人针对平板单层熔敷成型中的焊接工艺,采用单因素试验方法,获得了各焊接参数对成型焊缝尺寸(熔宽和余高)的影响规律。通过试验可知,随着焊接电流的增加,余高和熔宽均呈现增大的趋势。焊接电流增大,电弧给予母材的作用力和电弧热均增加,从而导致熔宽增大;同时,由于焊丝供给量增加,所以余高增大。焊接速度的增加将导致单位时间内热输入减少与热传导作用减弱,因此,焊缝的余高和熔宽将会减小,干伸长的增大,余高有增大的趋势,而干伸长与熔宽的关系不明显。当焊丝伸出长度加大时,焊丝电阻热增大,焊丝熔化量增大,余高增大,熔深略有减小。
 
  中厚板焊缝形状研究难点及展望
 
  上述文献针对平板单层焊缝。由于中厚板采用多层多道焊,层数、道数、焊接电流、焊接速度、坡口形式、坡口角度、板厚等因素对焊缝形状也有影响,且中厚板余高熔深熔宽的测量很复杂,对于中厚板多层多道焊焊缝形状的研究目前还很欠缺。
 
  对于中厚板多层多道焊,层数、倒数、焊接电流、焊接速度等参数将按照工艺规范给定的范围内根据焊缝填充各焊道截面积的规划做优化调整。控制焊缝形状主要靠调整坡口角度、焊枪的瞄准角度和每一道焊缝焊枪的偏移量。由于焊枪姿态的改变会导致熔池流动、受力和传热均发生改变,进而影响焊缝成形。通过调整焊枪角度和偏移量,可以在其它工艺参数不宜改变的情况下,调整熔池的能量密度和厚度方向上的能量配比,从而调整焊缝成形。对不同角度的坡口以不同的焊枪姿态焊接,获取熔深、熔宽、余高等实验数据,总结焊枪姿态和破口角度与焊缝成形的规律。对于控制中厚板焊缝成形质量具有很高的实用价值。
 
  研究中厚板焊接各焊接参数对焊缝填充以及焊缝形状的规律可作为焊接专家数据库中知识库的重要组成部分。焊接专家数据库可按照工件的坡口截面积和用户给定对焊缝成型的要求,根据焊接参数影响焊缝成形的规律对各焊接参数以及焊枪姿态的选取做出决策,为提高机器人焊接自动化水平和保证焊接质量具有十分重要的意义。