极性比对方波交流TIG-MIG复合焊接电弧物理特性及熔滴过渡影响的研究

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TIG焊接过程稳定,焊缝成形良好,但存在焊接效率低下的不足;传统单MIG焊接具有生产效率高,且易于实现自动化等优点,但焊接过程不够稳定。随着现代工业的发展,传统焊接工艺难以满足人们对于高效低成本焊接的需求。因此,众多高效焊接工艺出现并迅速发展。直流TIG-MIG复合焊接有效克服单独焊接工艺不足,综合焊接工艺的优点,在高效焊接领域得到广泛认同。但当设置TIG焊接为小参数焊接电流时,直流TIG-MIG复合焊接稳定性差,断弧现象严重,驼峰缺陷难以克服,并伴有严重的焊接飞溅。改变焊接工艺参数,对TIG-MIG复合焊接工艺进行优化具有十分重要的意义。方波交流具有正半波与负半波转换速度快,零点过渡区几乎为零,电弧稳定等优点。本文提出在TIG焊接参数选择上,利用方波交流代替直流进行方波交流TIG-MIG复合焊接工艺试验,为该工艺后续优化及工程应用提供理论基础。从焊接过程断弧数量、电参数波形等方面对比分析了直流TIG-MIG复合焊接工艺和方波交流复合焊接工艺焊接过程的稳定性,结合焊缝成形,客观分析两种工艺的优势与不足。小参数TIG直流TIG-MIG复合焊接整体稳定性差,断弧现象严重,焊缝成形较差,驼峰现象难以克服,并伴有大量飞溅。方波交流TIG-MIG复合焊接断弧较少,电参数波形更加稳定,焊缝成形良好,极性比为10焊接工艺最优。分析了方波交流TIG-MIG复合焊接电弧物理特性,并对极性比对该工艺电弧物理特性的影响展开研究。时间方面,极性比增大,复合电弧吸引时间增长,排斥时间缩短。电弧形态方面,极性比增大,复合电弧强度增强,两电弧电磁力作用强化,吸引和排斥形态更加明显。极性比小,复合电弧形态收缩,电弧集中,热量集中。分析了方波交流TIG-MIG复合焊接熔滴过渡特点,并探究极性比对熔滴过渡的影响机理。当TIG处于方波交流正半波时,MIG焊丝尖端熔化液态金属明.显后偏,向熔池后方过渡;负半波时,焊丝端部熔化液态金属前偏向熔池前方过渡。方波交流TIG-MIG复合焊接工艺MIG过渡熔滴主要维持后偏的过渡形态,过渡进入熔池的后方。随着极性比的增大,过渡熔滴向熔池后方过渡时间缩短,以前偏形态向熔池前方过渡时间增长。分析了方波交流TIG-MIG复合焊接熔池流动特点及驼峰缺陷机理,并对极性比对熔池流动的影响展开研究。极性比为0(直流),MIG焊丝尖端锥状液柱始终后偏过渡进入熔池尾部。尽管由于液态金属层较厚,其对后向液体流的驱动作用较小,熔池液态金属流向尾部形成壁面通道及熔池肿块,容易形成驼峰。极性比为10,波形处于负半波时,过渡熔滴进入熔池的位置在一范围内变化,不会对熔池形成持续的后推力,熔池金属的后向流速变小,不会在焊缝区域出现熔池肿块现象。极性比为40,波形处于负半波时,过渡熔滴前偏进入熔池前部,熔滴撞击弧坑前沿,后向液态金属流以较大的速度向熔池尾部流动,在后方形成液态金属凹陷,形成驼峰。
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