高强钢厚板摆动电弧窄间隙MAG焊接工艺研究

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高强钢焊接时主要存在焊接接头质量差和焊接效率低等问题,窄间隙焊接能够有效地改善焊接接头质量,提高焊接效率。但窄间隙焊接存在着侧壁未熔合问题的问题,因此如何解决侧壁未熔合问题一直是研究的重点。因此本文采用摆动电弧技术,增加侧壁热输入,从而解决侧壁未熔合问题,研究摆动电弧参数对熔滴过渡、焊缝成形的影响规律,最终应用于窄间隙80mm深坡口Q690高强钢厚板的高效率焊接。本文首先对摆动电弧窄间隙焊枪进行了优化设计,同时搭建了焊接实验系统,该系统主要由摆动电弧窄间隙MAG焊接系统、高速摄像采集系统和电流电压采集系统。利用焊接实验系统为实验提供了良好的基础。研究了不同保护气成分对摆动电弧窄间隙MAG焊熔滴过渡规律。通过对比不同保护气成分下的熔滴过渡形式和电流电压变化,得到了不同保护气成分的焊接熔滴过渡规律,并确定了该工艺条件下的最佳保护气,成分为80%Ar+20%CO2。研究摆动电弧焊接参数对窄间隙MAG焊缝成形的影响规律。主要讨论了焊接速度、送丝速度、摆动幅度以及摆动速度对焊接成形的影响,随着焊接速度的增加,其熔深、熔宽尺寸越小,送丝速度愈大,熔深、熔宽愈大;摆动幅度主要影响焊缝的熔宽,在一定范围内,摆动幅度的增加,焊缝的熔宽出现先上升后下降的变化趋势;摆动速度主要影响焊接过程的稳定性,速度过快导致摆动装置出现异常;最终得到合适的工艺参数,摆动速度为61°/s,焊接速度为150mm/min,送丝速度为7m/min,摆动幅度为3.2mm。采用正交实验,得到数据样本,构建了以BP神经网络为基础的窄间隙焊接工艺预测模型,并辅以遗传算法对模型进行优化,验证了模型的可靠性。通过模型预测分析,获得了优化的焊接参数:焊接速度150mm/min,送丝速度7.5m/min,摆动幅度5.5mm,对窄间隙80mm深坡口进行了焊接试验,得到成形良好的焊接接头。分析了Q690高强钢窄间隙焊接接头的显微组织和力学性能,用金相显微观察了焊接接头各区域的组织特征,母材区域为板条状的贝氏体,焊缝区域为粒状贝氏体和针状铁素体,热影响区为板条状的马氏体和少量的贝氏体;同时对焊接接头进行了显微硬度、拉伸和冲击测试,焊接接头的硬度值较高,热影响区未出现明显的变软。抗拉强度较高,接头整体的平均抗拉强度为827.4MPa,分析了低温下的冲击韧性,焊缝区域的冲击功为62J,均大于标准值(-40℃为47J)。
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