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1、兰州理工大学硕士学位论文超窄间隙焊接过程工艺稳定性及熔池形成姓名：金将申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：朱亮20090520硕f：学位论文摘 要本文在总结以前对焊剂带约束电弧超窄间隙焊接研究的基础上，重新设计了焊枪以提高焊剂带约束电弧的稳定性。采用新的焊枪在一定的焊接参数和焊剂带送进速度范围下进行焊接试验，并结合焊接电压及焊剂带电压的波形图，对焊接过程中焊剂带在电弧中的位置经行分析，发现在采用连续送进的焊剂带约束电弧的焊接过程中，焊剂带在电弧中位置不确定，造成对电弧的约束程度不稳定。此外，焊剂带在向前移动时由于坡口内侧飞溅、摩擦等因素的影响易使焊剂带与焊丝轴线之间发生偏移，最终导致
2、焊接过程稳定性变差发生电弧攀升。这些问题的出现都源自焊剂带刚性不足。为认识焊剂带约束电弧的超窄间隙焊接中，母材的熔化特性及熔池的形成机制，重新设计了一种可调约束程度的焊剂带。在放置焊剂带的I形坡口中进行熔化极电弧焊接试验，且采用一种快速中断电弧的方法，使焊接过程中焊剂带、坡口底部和侧壁的熔化形态得以保留并观察。分析认为，在电弧区焊剂带被电弧热熔化的同时，对电弧产生一定的热收缩效应，加之焊剂带没有熔化的部分对电弧的固壁约束作用，能有效约束电弧在窄间隙坡口中的作用范围。当选择合适的侧壁根部焊剂带预留高度时，电弧的加热区域控制在坡口的底部和侧壁的根部，熔滴过渡的冲击作用及电弧力集中在熔池前端，使熔融
3、金属形成一种从弧坑向后的流动，有利于排出熔池中的气体和熔渣，从而形成无缺陷的焊缝。当侧壁根部焊剂带裸露高度大于一定值时，电弧所受约束程度减小，电弧加热区域扩展到较大范围的坡口侧壁上，熔滴过渡分散在坡口底部和侧壁上，熔池熔融金属难以形成贯穿整个熔池的流动，所形成的焊缝存在较多的孔洞。关键词： 超窄间隙焊接；焊剂带约束电弧；稳定性；母材熔化：熔池AbstractIn order to improve stability of constricted arc，a redesign of welding torch is presentedbased on the previous studies o
4、f ultra-narrow gap welding with constricted arc by successivefeeding flux stripsunder the condition of a certain welding parameters and a wide range offeeding speed of flux strips，welding experiments were carried out with the new torch，andanalysis of the position of flux strips in the welding arc we
5、re made on the base of weldingvoltage and flux strips voltage waveformsIt was found that uncertainty of flux strips positionin嗽teads to the low stabilization of constraints degree of welding arc during ultra-narrowgap welding with constricted arC by successive feeding flux stripsFurthermore，flux str
6、ipsdeviate from the axis of welding wire because ofwelding spatter and friction,this may lead tothe arc climb up along the sidewall from the bottomAll above these problems call be comedown to the lack of stiffness of successive feeding flux stripsFor understanding characteristics of base metal melti
7、ng and mechanism of poolformation in ultra-narrow gap with constricted arc by flux strip，a new type of flux strip Wasdevelopedeand metal arc welding tests were carried out on I groove deposited with the fluxstripsBy using of method for interrupting arC quickly,the melting forms of flux strips，groore
8、，s bottom and sidewalls in the welding process were hold and observedResults showthattlle arc is thermally constricted due to melting flux strips，in addition，the are is obtaineda、僦l cons仃iction as it contacts with the non-molten flux stripsThese constrictions callcontrol the heating area of the ale
9、in narrow gapWhile the height of lower sidewallsuncovered by flux strips is proper,heating area of the arC is constricted within grooveSbottom and the roots of sidewalls，filler metal droplet impingement and arc pressure wereconcentrated on the front portion of molten p001As a result these factors ca
10、use the backwardflow of molten weld metal，which facilitate expelling the gas and the slag in the molten metal，and welds诵thout the defect can be obtainedWhen the height of lower sidewalls uncoveredby flux strips increases to a certain value，the heating area of the arc extend to higher positionof groo
11、veS sidewalls，and filler metal droplet impingement iS scattered on the grooveSbotIDm and side、vallsIn this case，the backward flow of molten weld metal can not be formed，SO that the gas and the slag can not be expelled in the molten pool，which make welds containa lot ofporesKey Words：Ultra-narrow gap
12、 welding；arc constricted with flux strips；stability Base metalmelting；molten poolIl兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：方杓 日期2中6月帅学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，
13、即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：导师签名：多髑11七卅 次lU日期：)哆年易月p丑醐：)圹多月胂硕十=学位论文第1章绪论11窄间隙焊接的定义和特点焊接作为一种先进的连接技术广泛的应用于现代工业生产中的各个领域。近年来窄间隙焊接作为一种高效节能的焊接技术，被广泛的应用于工业生产。窄间隙焊接是在母材厚
14、度相同的情况下，采用焊接坡口间隙小于传统坡口间隙的一种焊接技术，是对传统焊接技术的继承与发展。经过半个多世纪的发展，尤其是对这种焊接工艺和焊接材料方面开展的大量的研发工作之后，使得这一技术目前在许多国家的工业生产中发挥着巨大作用。窄间隙焊接与传统焊接技术相比，窄间隙焊接(narrow Gap Welding)具有如下优占1J、(1)焊缝横截面积大幅度减少，节约大量的焊接材料与电能，从而在提高焊接生产的同时，也大大降低了焊接生产成本。(2)热压缩塑性变形量的大幅度缩小且沿板厚方向上更趋均匀化，从而带来接头的残余应力、残余变形减小。(3)深而窄的坡口侧壁有利于焊接区的冶金保护，焊缝金属的冶金纯净度
15、提高。(4)较高的熔池冷却速度，相对较小的焊接线能量，使焊缝组织相对细小，且焊接热影响区的塑性、韧性损伤也大大减小，缺口韧性相对提高。窄间隙焊接是焊接技术大家族的重要新成员，作为一种特殊的工业技术，具有以下公共技术特征乜卅：(1)应用现有的弧焊方法来完成填充方式的熔化焊连接(未见应用的窄间隙焊方法除外)。(2)焊缝横截面积比传统弧焊方法至少减少30以上。(3)坡口形状多为具有极小坡口面角度(057度)的V形或U形，或者I形。(4)一般采用单道多层和双道多层熔敷方式，且板厚方向上熔敷方式固定。(5)焊接线能量相对较小(双道多层方式时最为突出)。(6)在深窄坡口内的气、丝、电导入，侧壁熔合控制，气
16、渣联合保护方式的脱渣等方面分别采用了特殊技术。12窄间隙焊接技术的分类及其适用范围121窄间隙焊接方法的分类目前，世界各国对窄间隙焊接技术已经做了广泛地研究，在应用上已取得了显著的成超窄问隙焊接过程T艺稳定忭及熔池形成就。对于窄间隙焊接的分类有多种方法，窄间隙焊接按照其采取的工艺不同，可分为熔化极电弧焊、非熔化极电弧焊、窄间隙埋弧焊、窄间隙电渣焊、窄间隙手工电弧焊、窄间隙激光焊等H1。在窄间隙焊接中，由于采用低热输入焊接，厚板的冷却速度快，因而HAZ的宽度很窄，且当采用多层多道方式窄间隙焊接时，焊层较薄，焊缝尺寸小，因而冷却速度快，从而大大提升了焊接接头的力学性能吲，因此，窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术，其巨大的技术和经济优势决定了它是今后厚板焊接技术发展的主要方向之一。122各种窄间隙焊接方法的适用范围1窄间隙手工电弧焊在窄间隙焊条手工电弧焊方面，在已研制的钢轨强制成形方面，其中有的坡口间隙为17ram左右，采用与钢轨形状相
