论文部分内容阅读
高速熔化极气体保护焊（GMAW）一直是船舶等重工业解决焊接效率问题的有效方法,过去对于单、双丝熔化极气体保护焊的研究已经比较成熟,但是对于三丝GMAW的研究一直处于工艺研究阶段,主要是由于三丝GMAW中三根焊丝之间的电弧干扰要远远比双丝电弧干扰模型复杂,第三根焊丝的加入使得整个焊接过程电弧行为、热源分布、熔滴过渡等发生了变化,复杂的多场耦合更增加了研究过程的难度,使得三丝GMAW的模型建立变的困难。因此,本研究搭建了全面的三丝GMAW实验系统以及检测系统。首先结合传统的电信号检测系统和高速摄影系统,对不同电流配比、焊丝间距情况的三丝焊电信号和电弧行为进行分析,定性分析不同参数对电弧干扰的影响。然后利用光谱对中间电弧进行量化分析,基于Boltzmann作图法和Stark展宽法研究了多丝焊接工作条件下电弧的温度分布和电子密度分布,结合高速摄影获得的定性结果,给出电弧之间干扰的定量化分析。最后利用Flow-3D软件对三丝定点GMAW焊接熔池的流动进行模拟,修正三丝焊模型使得模拟结果和实际结果相符。研究发现,在三丝间距不变的情况,当电流配比为L400M300T300A时,电弧工作状态比较稳定,而其他参数配比下,电弧干扰均非常明显,同时发现中间弧相比引导弧和跟随弧对电弧的干扰更加敏感。在电流配比为L400M300T300A情况下,引导弧与中间弧的间距变大会导致电弧干扰整体下降,而跟随电弧与中间弧间距变大,电弧干扰程度反而上升,引导弧在该参数下对电弧干扰起到主导作用。中间电弧偏移量最大发生在DLM-DMT为20-30的情况,中间电弧偏移量最小发生在DLM-DMT为30-20的情况。。研究发现,双丝焊情况,当加入的引导电弧电流大于中间电弧时,原中间电弧温度中心向引导电弧稳定偏移,偏向引导电弧一侧电子密度明显增加。而引导电弧电流等于中间电弧时,电弧温度和电子密度分布和离散性反映出中间电弧工作状态不稳定。三丝焊情况,中间电弧温度分布变的复杂,在其中心位置出现温度低点,中间电弧工作电子密度离散程度小,工作状态更加稳定。本研究结合高速摄影系统获得的电弧照片,通过使用Abel逆变换的方法处理电弧照度信息,发现所求的照度分布数据符合高斯分布,再通过图解法可以准确求得三个电弧的有效作用半径。除此之外,高速摄影拍摄到三丝焊实际熔滴下落过程中存在水平方向的速度分量。通过理论计算可以求得其产生熔滴时的垂直下落速度,再结合高速摄影拍摄的熔滴下落角度,利用几何关系可以将该水平速度分量求出。利用Flow-3D软件,将该水平方向的速度分量加入熔滴模型中,模拟发现两侧熔池向中间熔池移动,焊接过程中三丝熔池的流动模式和最终形成的焊缝结果均与实际结果相符合。