交替双弧复合焊接工艺电弧稳定性及熔池行为研究

本课题提出了一种交替复合电弧焊接工艺方法，该工艺由一个直流MIG电弧和一个交替TIG电弧复合而成。其中MIG电弧为主电弧，建立在焊丝和母材之间；TIG电弧为辅助电弧，该电弧可以在钨极和焊丝之间，以及钨极和母材之间周期性切换。当辅助电弧在钨极和焊丝之间燃烧时，可以减小母材热输入，增大熔敷金属量；当辅助弧在钨极和母材之间燃烧时，可以改变热输入的大小以及能量分布方式，降低温度梯度。适当调节辅助电弧两个状态的时间比率和强度，可以实现熔敷金属量和热输入量的相对独立控制。 设计了一台TIG MIG交替双弧复合焊接设备,并在此基础上提出一种弧长控制方案。利用高速摄像技术和电信号数据采集系统，总结了交替复合焊接TIG辅助电弧的特点；通过非变极性TIG复合焊接工艺电弧观察试验，分别描述了TIG电源上路持续导通和下路持续导通条件下电弧形态及简要分析其导电机理；在稳定的交替复合焊接工艺区间内，进行电弧观察试验，对TIG辅助电弧运动进行分析，并描述了TIG电源在变极性状态下的变换过程。 通过改变TIG电源的能量输入大小，实现焊丝熔敷量和母材热输入的独立控制。同时，通过与单丝MIG的焊缝成形对比，可以看出复合焊接下能够使焊接速度得到提高。 2100433B

提高焊接速度的关键问题是：1）保证热输入相同的条件下，增大熔敷金属量；2）降低焊趾处的温度梯度。提出交替TIG MIG双弧复合焊接工艺，其主弧存在于焊丝和母材之间，辅助弧一端在钨极上，另一端在焊丝和母材之间切换。当辅助弧在钨极和焊丝之间燃烧时，可以减小热输入，增大熔敷金属量；当辅助弧在钨极和母材之间燃烧时，可以改变热输入的大小以及能量分布方式，降低温度梯度。适当调节辅助电弧两个状态的时间比率和强度，可以实现熔敷金属量和热输入量的相对独立控制。提出两个脉冲过渡一个熔滴控制方式，通过研究电弧电压和熔滴振荡的关系，在熔滴向下运动时施加主弧电流脉冲，保证熔滴可靠过渡。选择合适的信号表征弧长，以辅助弧和主弧两个脉冲作为一个能量单元，建立和优化基于交替双弧复合焊接工艺的弧长控制算法。该工艺热输入介于单丝焊接和传统双丝焊接之间，可以同时解决高速焊接的两个关键问题，为薄板高速焊接提供了一种新的可能。

2016年12月13日，《激光-电弧复合焊接工艺规程》发布。

2017年7月1日，《激光-电弧复合焊接工艺规程》实施。

通过建立双面双弧焊(DSAW)新方法，获得了DSAW的电弧形态、熔池流动、氢扩散、温度场、应力场及组织等规律；创新设计了大厚板单双弧焊冷裂纹拘束试验方法，探究DSAW的氢扩散行为及冷裂纹形成机制；建立双弧多道焊热力耦合分析模型，研究弧间距、焊接参数、预热和层间温度等参数对热循环和应力的影响规律；构建了双面双弧焊临界开裂预热/层间温度的知识建模方法和预测模型，实现厚板高强钢双弧焊的低预热温度甚至不预热焊接。 2100433B

2017年5月12日，《钢、镍及镍合金的激光-电弧复合焊接工艺评定试验》发布。

2017年12月1日，《钢、镍及镍合金的激光-电弧复合焊接工艺评定试验》实施。