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焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析

乔及森, 杨元庄, 高振云, 陆万全, 王磊

乔及森, 杨元庄, 高振云, 陆万全, 王磊. 焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析[J]. 焊接学报, 2021, 42(4): 28-35. DOI: 10.12073/j.hjxb.20201117002
引用本文: 乔及森, 杨元庄, 高振云, 陆万全, 王磊. 焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析[J]. 焊接学报, 2021, 42(4): 28-35. DOI: 10.12073/j.hjxb.20201117002
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QIAO Jisen, YANG Yuanzhuang, GAO ZhenYun, LU Wanquan, WANG Lei. Research on arc morphology and droplet transfer mode of high-strength steel T-joint of flux bands constricting arc welding[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2021, 42(4): 28-35. DOI: 10.12073/j.hjxb.20201117002
Citation: QIAO Jisen, YANG Yuanzhuang, GAO ZhenYun, LU Wanquan, WANG Lei. Research on arc morphology and droplet transfer mode of high-strength steel T-joint of flux bands constricting arc welding[J]. TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION, 2021, 42(4): 28-35. DOI: 10.12073/j.hjxb.20201117002
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焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析

  • 1.

    兰州理工大学，兰州，730050

  • 2.

    兰州理工大学，省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，兰州，730050

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51665033)；甘肃省中小企业创新基金(18CX6JA025).
详细信息
    作者简介:

    乔及森，博士，教授，博士研究生导师；主要研究方向为焊接结构优化设计；Email：qiaojisen@lut.cn.

    通讯作者:

    王磊，博士；Email：aswl8888@163.com.

  • 中图分类号: TG 442

Research on arc morphology and droplet transfer mode of high-strength steel T-joint of flux bands constricting arc welding

  • 1.

    Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

  • 2.

    State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Nonferrous Metals, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China

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    摘要
  • 摘要: 针对高强钢三明治板焊接加工难题，提出一种焊剂片约束电弧(FBCA)焊接方法，获得了成形良好的T形接头. 首先对焊剂片高温熔化状态进行测量和分析，其次通过搭建的高速摄像系统，采集焊接过程中电弧及熔滴图像，分析电弧形貌变化与熔滴过渡模式，最后测量焊后T形接头尺寸并研究焊缝成形规律. 结果表明，不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、弧桥并存过渡、大滴过渡、细滴过渡及亚射流过渡，焊剂片存在小颗粒状、大颗粒状、液桥状及弧桥并存状，当焊剂片为弧桥并存状/液桥状，弧桥并存过渡时，电弧被压缩，电弧燃烧稳定，焊缝成形最好.
    Abstract: In order to solve the welding problem of high strength steel sandwich plate, a welding method of flux bands constricting arc welding (FBCA) was proposed, and a well-formed T-joint is obtained. Firstly, the melting state of flux bands at high temperature is measured and analyzed. Secondly, The high-speed camera system was built to collect the arc and droplet images in the welding process, analyze the change of arc morphology and droplet transfer mode. Finally, measure the size of the welded T-joint and study the forming rule. The results show that under different parameters, FBCA welding has short circuiting transfer, arc bridge transfer, globular transfer, fine transfer and meso-spray transfer. The flux bands has small particle, large particle, liquid bridge and arc bridge coexistence. When the flux bands is in the form of arc bridge or liquid bridge, and the arc bridge transfer, the arc is compressed and burned stably, and the weld forming is best.
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  • 0.   序言

    金属三明治板是由上面板、下面板和芯板组成的一种新型中空轻量化结构板，具有高比强度、高比刚度、耐冲击等优点，在船舶、建筑、高速载具等领域极具应用潜力. 常见三明治板制造方法包括焊接、挤压及粘接等[1-2]，焊接方法以激光焊接应用最为广泛，但由于激光焊热源类型和功率限制，激光搭接焊面板与芯板焊缝宽度不足，不能保证接头质量. 而采用传统焊接方法进行T形接头(I型三明治板最基本单元)焊接时，又面临着焊枪难以到达根部，电弧易沿侧壁攀升等问题，造成接头成形不佳. 基于此原因，焊剂片约束电弧(flux bands constricting arc welding, FBCA)焊接高强钢三明治板的方法被提出.

    焊剂片约束电弧焊方法是基于超窄间隙焊接思路基础上提出的[3-4]，具有经济、高效、显著提高接头的力学性能等优点，但目前的研究仍处于工艺开发阶段，对电弧形貌及熔滴过渡未有深入研究.

    目前对电弧及熔滴过渡的研究主要采用高速摄像法、电信号波形法及图像处理法[5-6]，刘占民等人[7]对高速摄像系统中的背光源、摄像参数等问题进行了说明，为焊接过程拍摄提供了较高的参考价值. 冯永伟等人[8]对焊接过程中电弧形态、熔滴过渡模式和电弧电压之间的关系进行了研究，顾玉芬等人[9]对窄间隙约束下熔化极气体保护焊的电弧形态及熔滴过渡进行了分析，郭波等人[10]改进Canny算法，有效对射滴、射流、旋转射流过渡状态下的电弧形貌进行提取及过渡模式识别. 电弧形貌决定了作用在熔滴上的热和力，进而确定熔滴过渡模式，熔滴过渡是影响焊接质量和生产效率的重要因素，通过研究电弧形貌、熔滴过渡模式可以有效解决焊接过程稳定性、焊接飞溅、焊缝成形等问题.

    为进一步解释在窄间隙坡口内电弧，熔滴过渡及焊缝成形三者的关系，获得成形优良的FBCA焊接T形接头，对FBCA焊接过程中焊剂片状态、电弧及熔滴形貌进行采集，研究焊接电压、电流对电弧特征参数、熔滴过渡影响规律，探究FBCA焊接电弧形貌、焊剂片状态及熔滴过渡对接头成形的影响，为实现焊接过程稳定性、接头熔深及熔宽控制、保证接头质量提供理论支持.

    1.   试验方法

    试验采用DAIHEN公司生产型号为NV62-NCFN的OTC焊接机器人，选用CO2/MAG焊接电源. 采用IDT-OS3型高速摄像机配合滤光片实现电弧及熔滴形貌采集. 试验材料为BS 960低碳低合金高强结构钢，焊丝选用ER 120 S. 试样经线切割制作成3块尺寸相同150 mm × 50 mm × 5 mm钢板，焊前采用丙酮溶液去除表面油污，酒精擦拭，恒温干燥保存.

    采用图1所示试验系统对电弧、熔滴及焊剂片进行观测与采集. 焊枪与工件保持90°. 摄像机与焊接坡口呈水平放置，焊剂片贴敷于5 mm U形坡口面板侧壁两侧处，试样装配及焊剂片贴敷方式如图2所示. 为保证相机焦距，工作台以45 cm/min恒定速度水平移动. 焊接完成后，制作T形接头金相试样，观察接头形貌并采集形貌特征.

    图  1  焊接试验系统示意图
    Figure  1.  Schematic diagram of welding test system
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    图  2  试样装配及焊剂片贴敷方式
    Figure  2.  Sample assembly and flux bands application
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    为便于熔滴形貌及熔滴过渡模式描述，利用Matlab软件对电弧形貌进行处理并提取特征参数，电弧完整处理过程如图3所示. 对电弧特征参数定义如下.

    图  3  电弧形貌处理
    Figure  3.  Treatment process of arc shape. (a) original picture; (b) select ROI; (c) gray process; (d) inary process; (e) edge extraction; (f) invert
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    (1)电弧最大长度L：电弧最左端与最右端之间的水平距离，通过计算水平距离的像素点获得.

    (2)电弧最大高度H：电弧最上方与最下方之间的垂直距离，通过计算垂直距离的像素点获得.

    (3)电弧周长P：电弧边缘长度，通过计算二值化处理后边缘像素点获得.

    (4)电弧面积A：电弧边缘所围面积，通过计算二值化处理后边缘包含区域内像素点之和获得.

    2.   试验结果与分析

    2.1   焊剂片高温状态分析及接头形貌定义

    焊剂片是由大理石、萤石等按一定比例混合压制而成，具体成分如表1所示. 如图4所示，焊剂片在600 ℃左右受热分解，发生局部熔化，800 ℃时呈气液混合状态，温度超过1000 ℃后，反应结束生成熔渣. 焊剂片存在固态、固液态、气液态及熔渣4种状态. 设置每50 ℃采集一次焊剂片电导率，电导率最大时接近0.7 S/m，远小于导体电导率105 S/m，能有效防止窄间隙坡口下电弧攀升，优化焊缝成形. 为进一步分析高温状态下焊剂片成分变化，对3.66 mg焊剂片进行热重-红外分析. 经分析，在901.4 ℃时焊剂片质量消耗26.52%，消耗部分主要以水蒸气、CO2方式排出. 在600 ~ 800 ℃时，焊剂片开始部分熔化，水蒸气含量显著增加，但水蒸气含量总体在0.5%以下. 此温度范围内大理石分解产生CaO与CO2，CaO的存在，抑制了焊缝中S，P含量. CO2气体提供电离气氛并有效屏蔽空气的介入，同时增加侧壁润湿性，提高侧壁熔合性. 萤石去除了水蒸气以及H元素，有效防止气孔及冷裂纹产生倾向，保证焊缝质量.

    表  1  焊剂片成分(质量分数，%)
    Table  1.  Composition of flux bands
    大理石萤石钛铁氧化钛云母纯碱其它
    4027157218
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    图  4  焊剂片高温分析
    Figure  4.  High temperature analysis of flux bands. (a) conductivity; (b) quality changes；(c) volume change of H2O; (d) volume change of CO2
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    2.2   变电压时对电弧形貌及熔滴过渡模式影响

    设置焊接电流为280 A，焊接电压分别为21, 24, 27, 30, 33 V. 电弧形貌如图5所示，焊接电压为21 V时，焊剂片在电弧热作用下熔化呈小颗粒状并沿侧壁进入熔池. 如图6所示，电弧特征参数变化剧烈，电弧燃烧不稳定. 根据Matlab程序计算，电弧周长最大时达到29.28 mm，最小值仅为8.47 mm，电弧高度最大值为7.31 mm，最小值为3.35 mm. 随焊接过程进行，焊剂片熔化产生CO2，并受热分解，电弧冷却收缩，斑点压力作用在熔滴下方，阻碍熔滴滴落. 电弧热持续作用，在电弧力及表面张力作用下，熔滴长大. 重力、等离子流力及电磁收缩力克服斑点压力和表面张力促进熔滴向熔池过渡，当熔滴接触熔池时，电弧熄灭，电弧特征参数骤然减小，表现为短路过渡. 电压增至24 V时，焊剂片熔化量增多. 电弧作用面积及长度无明显变化，但随着熔滴变化，电弧周长最大值达到21.94 mm，随着熔滴长大，周长逐渐减小至15.1 mm，高度由5.29 mm减小至3.88 mm，当熔滴过渡完成后，电弧特征参数恢复，如图7所示. 电弧长度增加，熔滴首先呈细丝状绕焊丝做轴线运动，受表面张力作用，熔滴逐渐长大并呈球形滴状过渡到熔池中，熔滴尺寸大于焊丝直径，无明显电弧熄灭现象，表现为大滴过渡.

    图  5  不同焊接电压下的电弧及熔滴动态过程
    Figure  5.  Dynamic arc and droplet processes at at different welding voltages. (a) 21 V; (b) 24 V; (c) 27 V; (d) 30 V; (e) 33 V
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    图  6  21 V时电弧特征参数变化曲线
    Figure  6.  Curve of arc characteristic parameters at 21 V
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    图  7  24 V时电弧特征参数变化曲线
    Figure  7.  Curve of arc characteristic parameters at 24 V
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    电压为27 V时，焊剂片液滴呈聚集状分布，并与熔滴连接. 电弧形貌受焊剂片液滴及熔滴影响，如图5c ~ 图5e所示，电弧特征参数稳定，如图8所示. 焊剂片液滴与焊丝熔滴形成弧桥时，压缩电弧，导致所观测电弧面积等参数减小. 熔滴在电弧力及表面张力作用下，沿焊丝向弧桥处流动，液滴体积不断增大，为保持力的平衡，弧桥处液滴沿焊丝及坡口两侧进入熔池. 由于焊剂片液滴与侧壁间表面张力作用，弧桥处液滴并未完全进入熔池，仍残留部分保持弧桥连接，在电弧热作用下持续上述过程，表现为弧桥并存过渡模式，该模式受焊剂片液滴影响较大. 焊接电压增至30 V时，电弧特征参数波动较小，如图9所示. 如图5d所示，熔滴过渡存在两种状态：一是焊剂片液滴呈奶酪状包裹焊丝，表现为弧桥并存过渡. 二是焊剂片在焊接方向前方熔化并在侧壁表面张力作用下长大，两侧焊剂片液滴连接，焊剂片状态为液桥状，焊丝在焊剂片液桥后方，熔滴未与焊剂片液滴汇集即滴落至熔池中表现为大滴过渡.

    图  8  27 V时电弧特征参数变化曲线
    Figure  8.  Curve of arc characteristic parameters at 27 V
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    图  9  30 V时电弧特征参数变化曲线
    Figure  9.  Curve of arc characteristic parameters at 30 V
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    焊接电压33 V时，热输入过大，弧长较长，焊剂片快速烧损并提前熔化，呈大颗粒状，对电弧约束作用降低，熔滴过渡过程中，电弧形貌变化较小，如图10所示. 电弧形貌主要受电弧下方焊剂片液滴波动影响. 此工艺下，电弧力较大，焊丝熔化后在电弧力作用下熔滴克服表面张力和重力，脱离焊丝运动，当工作台向前继续运动时，熔滴所受的电弧力减小，在重力作用下，不规则进入熔池中，表现为大滴过渡. 部分熔滴及焊剂片液滴飞出坡口，形成飞溅.

    图  10  33 V时电弧特征参数变化曲线
    Figure  10.  Curve of arc characteristic parameters at 33 V
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    2.3   变电流时对电弧形貌及熔滴过渡模式影响

    设置焊接电压27 V，焊接电流分别为240, 260, 280, 300, 320, 240 A时，焊剂片液滴呈小颗粒状，电弧形貌主要受熔滴及焊剂片液滴影响，如图11所示. 电弧特征参数呈减小趋势，主要原因是在电弧热作用下，熔滴在焊丝端部上方长大形成滴状滴落，如图12所示. 熔滴过渡存在混合模式，当焊丝端部与熔池的距离小于熔滴直径，接触瞬间，电弧熄灭，表现为短路过渡；当熔滴尺寸小于焊丝端部与熔池的距离时，表现为大滴过渡. 电流为260 A时，焊剂片液滴呈大颗粒状. 电弧特征参数波动明显，熔滴运动及滴落对形貌影响较大，电弧周长由10.82 mm增大至19.02 mm，电弧最大高度由3 mm增至5.26 mm，电弧特征参数统计如图13所示，熔滴在电弧力、表面张力、重力等作用下长大，当重力与等离子流力大于其他合力时，同时受横向电磁力作用，熔滴沿焊丝轴线进入熔池中，表现为大滴过渡. 由于熔滴较大，进入熔池后，在熔池表面造成振荡，过程中存在细小颗粒挣脱熔池表面张力，形成细小飞溅. 因试验采用控制变量法，焊接电流为280 A时与电压为27 V时焊接状态相同，表现为弧桥并存过渡模式，电弧燃烧稳定.

    图  11  不同焊接电流下的电弧及熔滴动态过程
    Figure  11.  Dynamic arc and droplet processes at different welding currents. (a) 240 A; (b) 260 A; (c) 300 A; (d) 320 A
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    图  12  240 A时电弧特征参数变化曲线
    Figure  12.  Curve of arc characteristic parameters at 240 A
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    图  13  260 A时电弧特征参数变化曲线
    Figure  13.  Curve of arc characteristic parameters at 260 A
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    焊接电流为300 A时，热输入增大，焊剂片燃烧剧烈呈大颗粒状，对电弧约束较好. 由图14可知，受熔池振荡及焊剂片液滴影响，电弧特征参数波动明显. 电弧被压缩在坡口底部，热量集中，焊丝熔化效率增大，当重力占据主导时，熔滴沿焊丝滴落瞬间，电弧力持续作用在熔滴上，致使熔滴呈不规则运动进入熔池. 熔滴尺寸细化，偏离焊丝轴线过渡，表现为细滴过渡. 电流增至320 A时，如图11d所示，焊剂片液滴与焊丝形成液桥. 电弧特征参数波动小，如图15所示. 熔滴在焊丝端部上方聚集长大，焊丝端部呈铅笔尖状，熔滴沿尖端连续进入熔池. 过程中存在焊丝尖端与熔池接触现象，伴随瞬时短路过渡，表现为亚射流过渡. 亚射流过渡时，液桥与熔池之间电弧压缩较强，通常焊接过程比较稳定. 但在三明治板焊接中，由于芯板与两面板侧壁连接直角处母材金属较少，电流过大时，焊接热输入较大，易引起连接处焊穿，接头成形不良.

    图  14  300 A时电弧特征参数变化曲线
    Figure  14.  Curve of arc characteristic parameters at 300 A
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    图  15  320 A时电弧特征参数变化曲线
    Figure  15.  Curve of arc characteristic parameters at 320 A
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    2.4   焊接状态及T形接头形貌分析

    不同工艺参数下焊剂片形貌存在4种状态如图16所示，分别为小颗粒状、大颗粒状、弧桥并存状及液桥状. 不同焊剂片状态对电弧约束程度不同，结合焊接过程和图17，图18接头形貌可知，电弧约束程度由大到小依次为弧桥并存状−液桥状−大颗粒状−小颗粒状. 焊剂片形貌对电弧影响较大，电弧面积总体表现为随着约束程度的增大而减小. 电弧面积的减小有助于芯板与面板的熔合，约束程度越大，接头质量越好.

    图  16  不同工艺参数下电弧、焊剂片及熔滴相互作用示意图
    Figure  16.  Diagram of arc, flux bands and droplet interaction under different process parameters. (a) small particle state; (b) large particle state; (c) arc brige coexistence state; (d) liquid bridge state
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    图  17  不同焊接电压下焊接T形接头形貌
    Figure  17.  Morphology of welded T-joint under different welding voltages. (a) 21 V; (b) 24 V; (c) 27 V; (d) 30 V; (e) 33 V
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    图  18  不同焊接电流下焊接T形接头形貌
    Figure  18.  Morphology of welded T-joint under different welding current. (a) 240 A; (b) 260 A; (c) 280 A; (d) 300 A; (e) 320 A
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    电弧最大长高比数值越大代表电弧高度越小，焊剂片约束电弧能力越强，电弧热越集中，忽略焊穿等影响，接头成形越好. 当焊接电压高于27 V时，电弧最大长高比平均值在0.99以上，约束能力相对较强. 在30 V时，熔滴过渡模式表现为混合过渡，电弧最大长高比平均值达到1.62，电弧约束能力强. 33 V时，热输入过大，焊剂片提前熔化，不能直观的反映约束情况. 如图19a所示，在21 V时，熔滴过渡处于短路过渡模式，随着焊接过程的进行，电弧最大长高比由0.93降至0.32，平均值仅为0.6，电弧高度增大，焊剂片约束作用相对与30 V时明显减小；随着焊接电流增大，电弧形貌趋于稳定. 电弧最大长高比变化较小，集中在0.6 ~ 1.2之间，电流对电弧形貌影响相对于电压较大. 根据图19b所示，在300 A时，电弧最大长高比由1.63降至0.74，平均值为1.02，统计点电弧形貌变化较大，此时熔滴过渡模式为细滴过渡，熔滴在电弧空间运动期间，造成电弧最大长高比发生较大变化. 在320 A时，处于亚射流过渡，电弧形貌变化较小，电弧最大长高比较大，平均值在0.92，约束能力较强.

    图  19  不同工艺参数下电弧最大长高比
    Figure  19.  Maximum arc length-height ratio under different process parameters. (a) different welding voltages; (b) different welding current
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    为便于接头描述，T形接头(I型三明治板最基本单元)形貌示意图，如图20所示，其中Fw为面板熔宽，Cd为芯板熔深，Cw为芯板熔宽，W为坡口宽度. 根据图17、图18接头形貌可知，FBCA焊接在设置工艺参数下无气孔、夹渣等缺陷，焊缝成形较好. 不同焊接电压下，接头形貌如图17所示，接头参数变化如图21a所示，当焊接电压为21 V时，处于短路过渡且焊剂片为小颗粒状，弧长相对较短，电弧阴极斑点主要在芯板活动，电弧长高比波动较大. 由于焊剂片受电弧热不均匀，燃烧不充分及导电率较低，阴极斑点主要作用在面板侧壁下部，面板熔宽为4.26 mm，芯板熔深2.8 mm，面板未完全熔合，形成深而窄的焊缝. 随着焊接电压的增大，阴极斑点活动范围增大，加热面板侧壁能力增强，芯板受热减小. 在大滴过渡时，面板熔宽增大至8.55 mm，而芯板熔深减小至1.5 mm. 根据以往研究，焊接电压增加，弧长增大，芯板熔深略有减小，但对于FBCA焊接，电压增大，焊剂片作用强烈，形成弧桥时，对电弧起到压缩作用，电弧波动较小，同时加热面板侧壁底部、芯板及弧桥，弧桥处热量传递到面板侧壁，熔化面板，面板熔宽增大至10.37 mm，即处于弧桥并存过渡时，芯板熔深变化较小，面板熔宽增大. 焊接电压33 V时，弧长较长，热输入过大，焊剂片烧损速度加快，提前熔化，对电弧约束能力极低，导致面板熔宽急剧增大至12.72 mm，对芯板加热能力降低，熔深减小至0.8 mm，面板与芯板未全部熔合，同时由于热输入过大，应力较大，产生裂纹，接头成形质量较差.

    图  20  T形接头形貌示意图
    Figure  20.  Schematic diagram of T-joint morphology
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    图18为不同电流下T形接头形貌，接头参数变化如图21b所示，电流为240 A时，处于短路过渡，热输入小，焊剂片燃烧不充分，约束能力较小，阴极斑点主要作用在芯板上，导致面板熔宽较小，仅7.97 mm，芯板熔深不明显. 电流增大时，熔滴过渡模式为大滴过渡，电弧热量增大，焊剂片燃烧充分，弧长不变，面板熔宽增大至10 mm，芯板熔深增大至1.02 mm. 持续增大电流至280 A，热量不断增加，芯板熔深增大至1.5 mm，焊剂片约束能力增强，面板熔宽略有减小. 当电流增至320 A时，形成弧桥并存状态，对电弧约束能力较强，同时熔滴过渡表现为亚射流过渡，电弧较为稳定，面板熔宽增至9.91 mm，芯板最大熔深增至3.11 mm. 但随着焊接电流增大，热量积累严重，面板与芯板连接处易出现咬边等缺陷，严重时导致接头焊穿.

    图  21  不同工艺参数下T形接头参数变化
    Figure  21.  Parameter variation of T-joint under different process parameters. (a) different welding voltages; (b) different welding current
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    3.   结论

    (1) 焊剂片在不同温度下发生冶金反应，形成熔渣. 焊接过程中，其电导率较小，能有效防止电弧攀升. 经热重-红外分析，焊剂片分解主要以水蒸气、CO2的形式释放. 不同参数下，焊剂片表现为小颗粒状、大颗粒状、液桥状及弧桥并存状，对电弧的约束作用依次增强.

    (2) 不同工艺参数下FBCA焊接熔滴过渡形式有短路过渡、大滴过渡、弧桥并存过渡、细滴过渡及亚射流过渡，不同熔滴过渡模式下，电弧形貌变化明显. 焊剂片未提前熔化前，电弧最大长高比越大，压缩电弧能力越强；电弧特征参数波动越小，电弧燃烧越稳定；当熔滴过渡模式为弧桥并存过渡，焊剂片为弧桥并存状/液桥状时，焊接过程无飞溅，电弧最大长高比较大，电弧被压缩，热量集中，电弧特征参数变化较小，接头质量最好.

  • 图  1   焊接试验系统示意图

    Figure  1.   Schematic diagram of welding test system

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    图  2   试样装配及焊剂片贴敷方式

    Figure  2.   Sample assembly and flux bands application

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    图  3   电弧形貌处理

    Figure  3.   Treatment process of arc shape. (a) original picture; (b) select ROI; (c) gray process; (d) inary process; (e) edge extraction; (f) invert

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    图  4   焊剂片高温分析

    Figure  4.   High temperature analysis of flux bands. (a) conductivity; (b) quality changes；(c) volume change of H2O; (d) volume change of CO2

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    图  5   不同焊接电压下的电弧及熔滴动态过程

    Figure  5.   Dynamic arc and droplet processes at at different welding voltages. (a) 21 V; (b) 24 V; (c) 27 V; (d) 30 V; (e) 33 V

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    图  6   21 V时电弧特征参数变化曲线

    Figure  6.   Curve of arc characteristic parameters at 21 V

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    图  7   24 V时电弧特征参数变化曲线

    Figure  7.   Curve of arc characteristic parameters at 24 V

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    图  8   27 V时电弧特征参数变化曲线

    Figure  8.   Curve of arc characteristic parameters at 27 V

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    图  9   30 V时电弧特征参数变化曲线

    Figure  9.   Curve of arc characteristic parameters at 30 V

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    图  10   33 V时电弧特征参数变化曲线

    Figure  10.   Curve of arc characteristic parameters at 33 V

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    图  11   不同焊接电流下的电弧及熔滴动态过程

    Figure  11.   Dynamic arc and droplet processes at different welding currents. (a) 240 A; (b) 260 A; (c) 300 A; (d) 320 A

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    图  12   240 A时电弧特征参数变化曲线

    Figure  12.   Curve of arc characteristic parameters at 240 A

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    图  13   260 A时电弧特征参数变化曲线

    Figure  13.   Curve of arc characteristic parameters at 260 A

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    图  14   300 A时电弧特征参数变化曲线

    Figure  14.   Curve of arc characteristic parameters at 300 A

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    图  15   320 A时电弧特征参数变化曲线

    Figure  15.   Curve of arc characteristic parameters at 320 A

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    图  16   不同工艺参数下电弧、焊剂片及熔滴相互作用示意图

    Figure  16.   Diagram of arc, flux bands and droplet interaction under different process parameters. (a) small particle state; (b) large particle state; (c) arc brige coexistence state; (d) liquid bridge state

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    图  17   不同焊接电压下焊接T形接头形貌

    Figure  17.   Morphology of welded T-joint under different welding voltages. (a) 21 V; (b) 24 V; (c) 27 V; (d) 30 V; (e) 33 V

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    图  18   不同焊接电流下焊接T形接头形貌

    Figure  18.   Morphology of welded T-joint under different welding current. (a) 240 A; (b) 260 A; (c) 280 A; (d) 300 A; (e) 320 A

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    图  19   不同工艺参数下电弧最大长高比

    Figure  19.   Maximum arc length-height ratio under different process parameters. (a) different welding voltages; (b) different welding current

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    图  20   T形接头形貌示意图

    Figure  20.   Schematic diagram of T-joint morphology

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    图  21   不同工艺参数下T形接头参数变化

    Figure  21.   Parameter variation of T-joint under different process parameters. (a) different welding voltages; (b) different welding current

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    表  1   焊剂片成分(质量分数，%)

    Table  1   Composition of flux bands

    大理石萤石钛铁氧化钛云母纯碱其它
    4027157218
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-16
  • 网络出版日期:  2021-08-04
  • 刊出日期:  2021-04-24

目录

摘要
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  • 0.   序言

  • 1.   试验方法

  • 2.   试验结果与分析

  • 2.1   焊剂片高温状态分析及接头形貌定义

  • 2.2   变电压时对电弧形貌及熔滴过渡模式影响

  • 2.3   变电流时对电弧形貌及熔滴过渡模式影响

  • 2.4   焊接状态及T形接头形貌分析

  • 3.   结论

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