Key words: cable welding wire; droplet transfer; plasma arc welding

目  录

第一章  绪  论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.2等离子弧焊的焊接工艺 1

1.3研究现状 2

1.4目前存在的问题 7

第二章  等离子弧焊接工艺试验 8

2.1实验设备 8

2.1.1等离子弧焊接实验系统 8

2.1.2高速摄像系统 9

2.2试验材料 11

2.3试验方案 12

2.4单丝填充PAW焊接试验分析 12

2.4.1送丝速度为0.3m/min时熔滴过渡形式 12

2.4.2送丝速度为0.35m/min时熔滴过渡形式 13

2.4.3送丝速度为0.4m/min时熔滴过渡形式 14

2.4.4送丝速度为0.45m/min时熔滴过渡形式 15

2.5缆式焊丝填充PAW焊接试验分析 16

2.5.1送丝速度为0.3m/min时熔滴过渡形式 16

2.5.2送丝速度为0.35m/min时熔滴过渡形式 17

2.5.3送丝速度为0.4m/min时熔滴过渡形式 19

2.5.4送丝速度为0.45m/min时熔滴过渡形式 20

2.6本章小结 20

第三章 等离子弧焊建模与分析 22

3.1 FLUENT软件介绍 22

3.1.1 FLUENT软件概述 22

3.1.2 FLUENT软件构成 22

3.2单丝填充等离子弧焊熔滴过渡数值模型建立 24

3.2.1熔滴受力分析 24

3.3单丝填充等离子弧焊熔滴过渡数值分析 26

3.3.1送丝速度为0.35m/min时熔滴过渡形式 26

3.3.2送丝速度为0.4m/min时熔滴过渡形式 27

3.4本章小结 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

第一章  绪  论

1.1课题研究背景与意义

我国焊接的总质量处于世界领先地位，然而，焊接质量与发达国家相比还有很大的差距。因而，研发高效、优质、节能的焊接方法成为近几年焊接领域研究的热门。等离子弧焊与电子束焊、激光焊并称高能束焊接，其焊接质量好、焊缝的深宽比较大、热影响区较窄，故在焊接中厚板中应用较为广泛。然而，激光焊对装配精度要求较高，且焊接设备成本也很高，电子束焊对焊接环境要求严格，限制了其在工业中的广泛应用。等离子弧焊是由钨极氩弧利用水冷喷嘴产生强压缩效应从而获得电离度极高的电弧等离子体的一种焊接方法，与普通钨极氩弧焊相比，其电弧能量更集中，电弧中心温度高达20000K以上。当然，与激光焊和电子束焊相比，等离子弧焊的能量密度稍低，工件背部穿孔的尺寸也较大，但它仍然具有对装配要求低、适应环境广等特点。熔透型和穿孔型等离子弧焊的速度都超过15m/h，因此，等离子弧焊焊接工艺在航空航天、汽车、钢结构、空间焊接等有着广泛的应用。

为提高焊接效率，增大焊接时焊丝的熔敷量，缆式焊丝应运而生。缆式焊丝弧焊技术由弧焊电源、送丝机、焊枪及缆式焊丝组成的形成一个自主旋转电弧同时熔化7根焊丝的高效焊接技术。缆式焊丝的特点是，焊接效率大幅提高，焊接成本减小。

近年来，研究人员对熔滴过渡的研究越来越深入，对提高焊接效率有重大的作用。然而，在等离子弧焊的研究方面并没与有投入过多的研究，且相较于缆式焊丝，单丝焊的研究几乎占据了以往研究的大半，因而，对缆式焊丝填充等离子弧焊的熔滴过渡行为研究显得愈发紧要，其研究结果将对提高焊接效率产生重大影响。

1.2等离子弧焊的焊接工艺

等离子弧焊接时大都采用氩气作为工作气和保护气，利用高能密度的电弧热来加热并熔化母材，使之形成符合标准的焊接接头。等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上加水冷喷嘴改装而来，借助水冷喷嘴的压缩作用，形成高能量密度的压缩电弧。水冷喷嘴具有机械压缩、热压缩和电磁收缩的作用，因而等离子弧又称为受约束的非自由电弧。在惰性气体的保护下，高温等离子弧产生巨大热量，母材与焊丝迅速熔化形成焊接接头。根据不同的分类方式，等离子弧焊可分以下几种。按操作方式不同，分为手工等离子弧焊和自动等离子弧焊；按焊接工艺不同，可分为微束等离子弧焊、小孔型等离子弧焊、熔化极等离子弧焊、脉冲等离子弧焊、热丝等离子弧焊；按母材熔透方式，分为穿透型等离子弧焊和熔透型等离子弧焊。相对于钨极氩弧焊，等离子弧焊电弧能量密度更高，因而熔透性更强焊缝深宽比较大。焊接速度明显提高，焊接薄板时变形较小，焊接厚板时热影响区较窄。等离子弧焊的电弧方向性强，有较好的挺度，稳定性高。其钨极内缩在喷嘴内部，不与工件直接接触，可防止焊缝夹钨，提高焊缝质量。由于等离子弧焊接时可产生小孔效应，因而能达到正面焊接双面成型的效果。等离子弧焊作为高能密度焊的一种，利用高能热源进行焊接，其应用范围也愈发广泛。随着高端装备制造工业的迅速发展，等离子弧焊焊接技术将有更大的提高与发展。在再制造技术领域，各种技术方法的使用，程序化控制的自动等离子弧焊大大提高了焊接效率和焊接质量，因此，作为等离子弧焊技术的发展方向，程序化控制等离子弧焊技术在未来的工业制造领域必会有更广泛的应用。