【摘 要】
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电弧焊是当今业界使用最广泛的连接技术。电弧焊特别是气体保护金属电弧焊(GMAW)和脉冲GMAW(GMAW-P)主要应用于汽车制造业和轻型制造业。对于金属板焊接,大多数焊接采用单侧搭接接头或T型接头。高速脉冲GMAW焊接可以提高焊接的工作效率,但在实际生产中存在焊接速度的阈值极限,超过该阈值极限焊缝会隆起波状轮廓的缺陷和沿焊缝方向的沟槽。由于隆起缺陷的形成,焊接质量受极大的影响,限制了焊接效率的提升
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电弧焊是当今业界使用最广泛的连接技术。电弧焊特别是气体保护金属电弧焊(GMAW)和脉冲GMAW(GMAW-P)主要应用于汽车制造业和轻型制造业。对于金属板焊接,大多数焊接采用单侧搭接接头或T型接头。高速脉冲GMAW焊接可以提高焊接的工作效率,但在实际生产中存在焊接速度的阈值极限,超过该阈值极限焊缝会隆起波状轮廓的缺陷和沿焊缝方向的沟槽。由于隆起缺陷的形成,焊接质量受极大的影响,限制了焊接效率的提升。本文以薄板搭接焊为研究对象,系统研究了送丝速度(WFS),焊接速度(TS)和焊接行进角等参数对焊缝驼峰缺陷形状、尺寸的影响。得出GMAW和混合GMAW激光焊接的最佳工艺参数。本文的主要研究内容和成果如下:1)搭建了可视化的混合GMAW激光焊接平台,通过高速摄像机对混合GMAW激光焊接过程进行实时监测。配合特定波段的滤光片实现了焊接过程中熔池图像的获取。对不同焊接参数下的熔池图像分析对比可以得出焊缝驼峰形成与主要焊接参数之间的关系。2)基于SWAT模型建立了焊接速度(TS)与焊板厚度,、焊接行进角之间的关系。通过实验分析分别得到了1.5mm钢板和3mm钢板在15°和30°焊接行进角时的最大焊接速度,实验值与SWAT模型给出的预测结果相吻合。并通过实验得出焊接速度(TS)与送丝速度(WFS)之间的关系。SWAT模型和实验分析结果表明,随着焊板厚度的增加焊接速度减慢,减小焊接行进角有利于提高焊接速度。焊接速度(TS)还与混合激光焊头(HHS)的位置有关。当HHS位于焊板最顶端(+?y)的上方时由于焊液存在一个下降过程,容易导致焊点呈现出凸起。但当HHS位于(-?y)的下方时,会出现不规则夹渣,焊道隆起缺陷随着焊接速度的增加而增多;当焊接速度较低时还会出现环状隆起。综合两种情况得出当HHS位于+0.5mm时,焊接效果最好。3)完成了混合GMAW激光焊和GMAW激光焊的比较实验。,结果表明,当激光焊头与GMAW焊头在相同位置时,混合GMAW激光焊接的焊接宽度变窄,焊接行进角变小,焊接速度相较于GMAW提升约40%。但两种焊接过程中WFS与TS的比值保持不变,这说明WFS仅与TS相关。4)通过焊接熔池图像分析模拟了焊接驼峰形成过程。在混合GMAW焊接中,当TS低于3.5 m/min时,液滴撞击熔池,分裂成两个微小的流动,分别向焊缝边缘移动,在焊缝中心合并向后移动。这种流型导致稳定的电弧和焊液流动,从而使焊道外观良好,无驼峰。当TS高于3.5 m/min时,热输入效率降低,金属蒸汽减少,熔池变长。两股横向流将大量熔融金属向焊缝边界输送,从而形成冲击区域,其将改变熔池导电特性,导致间歇性电弧不稳定。随着熔池速度的加快,回流端和新的焊液碰撞导致驼峰形成。随后,驼峰凝固,截断焊液流通。这些复杂现象导致驼峰形成。驼峰缩短了回流区和冲击区之间的距离,从而加剧了冲击区的碰撞,导致焊液大量飞溅造成金属损失。这导致形成的新驼峰快速凝固,并截断了向前一个驼峰的焊液流通,随后过渡到下一个驼峰形成的开始。激光能量的增加能抑制驼峰缺陷的形成。在较高的TS下需要更高的激光功率以维持熔池导电性,抑制驼峰形成。论文的研究成果,对合理选择混合GMAW激光焊接工艺参数,抑制驼峰缺陷的形成,提高焊接质量和焊接效率,具有实际的指导意义。
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