提高焊接生产率的主要途径之一是大幅度提高焊接速度。然而,当焊接速度提高到一定程度时,会出现咬边和驼峰焊道等焊缝成形缺陷。本项目针对高速焊接时焊缝成形变差的共性问题,开展了高速GMAW焊接熔池形态与焊缝成形缺陷相关性的理论与实验研究。进行了多种工艺条件下的高速GMAW焊接试验,观测了驼峰焊道形成过程中的熔池形态图像,获得了驼峰焊道"波峰"、"谷底"处的形貌尺寸与驼峰间距等数据,提出了驼峰焊道的产生机理,并设计实验对此进行了验证。在实验观测的基础上,考虑熔池内高速运动的后向液体流,推导出含有后向液体流动量项的熔池表面变形方程,提出了符合高速GMAW焊接过程特点的熔滴热焓分布模式,建立了高速GMAW焊接熔池瞬时热物理行为的数值分析模型,定量分析了驼峰焊道的形成过程以及焊接工艺参数的影响。根据数值模拟获得的熔池形状,通过对熔池横断面上的受力分析,实现了对焊道咬边缺陷产生倾向的预测。基于高速GMAW焊接熔池形态的数值分析与实验结果,提出了抑制驼峰焊道和咬边的工艺措施,研发出低成本的DE-GMAW高速电弧焊接系统,优化了工艺参数;与常规GMAW焊相比,临界焊接速度提高了30-80%。
英文主题词High speed welding; weld pool behaviors; weld formation defects; numerical simulation; experimental observation
主持承担国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家科技支撑计划重点项目和国家863重点项目子课题、省部级重点项目以及国际合作课题三十余项,取得了国内外同行专家公认的突出成绩。