中文摘要：

本课题以深入研究旋转电弧窄间隙横向焊接熔池行为理论为基础，以解决横向焊接熔池控制这一技术瓶颈为目的。通过研究旋转电弧窄间隙横向焊接熔滴过渡特性、熔池行为以及旋转电弧焊接温度场分布等相关理论问题，揭示横向焊接接头成形缺陷以及成形特点与熔池行为的关系，分析旋转电弧焊接工艺在窄间隙横向焊接熔池控制中的作用，提出窄间隙横向焊接熔池控制策略，解决窄间隙横向焊接由于熔池控制不当引起的成形缺陷问题。研究内容包括旋转电弧窄间隙横向焊接熔滴过渡实验观测以及熔滴受力模型的建立；旋转电弧窄间隙横向焊接熔池行为研究；旋转电弧焊接温度场计算；旋转电弧窄间隙横向焊接工艺研究。本课题的研究，将奠定窄间隙横向焊接熔池行为与控制的理论基础，对横向焊接技术在生产中的应用与推广起到指导意义，对提升我国相关产业制造水平具有重要意义。

结论摘要：

本项目通过对旋转电弧横向焊接中熔滴过渡特性、熔池行为以及旋转电弧焊接温度场分布特点的研究，分析了横向焊接接头成形缺陷以及成形特点产生的原因，提出了旋转电弧焊接工艺在解决窄间隙横向焊接成形缺陷的作用，解决了横向焊接由于熔池控制不当引起成形缺陷的问题，确定了旋转电弧窄间隙横向焊接的最佳工艺参数范围，最终实现了低合金高强钢厚板窄间隙横向焊接，得到了焊缝外部成形优良，内部无缺陷的窄间隙多层单道横向焊接接头。项目发表论文7篇，参加国际会议4次，申请发明专利1项。采用高速摄像方法对旋转电弧窄间隙横向焊接的熔滴过渡特性以及熔池行为进行了研究，为旋转电弧横向熔池控制奠定了理论基础。发现了旋转电弧窄间隙横向焊接熔滴过渡不仅在焊缝宽度方向上不同位置的过渡形式不同，而且在一个周期内电弧向上和向下运动的过程中，熔滴过渡也发生了变化，这主要是由于熔池表面高度不同以及电弧旋转共同引起了电弧弧长的变化，使得在不同位置上焊接电流发生了变化。并且旋转电弧产生的离心力对熔滴射流过渡的影响不大，但可以促进滴状过渡。揭示了旋转电弧窄间隙横向焊接的熔池形成过程，提出了熔池形成的最终形态主要与母材的熔化区域、填充金属量以及熔池的高温保持时间有着密切的关系。建立了旋转电弧双椭球体热源模型，，计算了旋转电弧三维瞬态、非线性的热传导过程及温度场分布，并进行了试验验证。结果表明，旋转电弧焊接接中存在重复加热过程，热循环曲线的升温以及降温过程并不是连续增加和降低的，而是呈阶梯状变化，并且在峰值温度区出现双峰或者多峰，并且旋转电弧焊接工艺与传统焊接工艺相比，降低了焊缝中心区域的峰值温度，缩短了高温保持时间，使得更多的热量分配到焊缝侧壁以及周边区域。在上述理论研究的基础上，研究了旋转电弧横向焊接工艺，揭示了横向焊缝下塌、咬边以及中凸等成形缺陷产生的原因，与各焊接工艺参数建立了联系，解决了横向焊接由于熔池控制不当引起成形缺陷的问题，并且从焊接热输入和熔池行为两个角度提出了旋转电弧焊接工艺在窄间隙横向焊接中对熔池控制的作用。确定了旋转电弧窄间隙横向焊接的最佳工艺参数范围，得到到了成形良好的横焊接头。