熔化极脉冲焊电弧形态的可控性及其与熔滴过渡的关系

本文通过试验发现熔化极脉冲焊具有电弧形态可控的特点,通过两种典型目视电弧形态的控制可以在一定程度上控制脉冲电弧的工艺特性。不同的目视电弧形态是不同的瞬时电弧形态的变化过程决定的,本文研究了脉冲电流波形、脉冲电流值和保护气氛等因素对瞬时电弧形态变化过程的影响,为控制电弧形态提供了可能的途径。熔滴过渡与电弧形态有密切的关系。不同的电弧形态决定了不同的熔滴过渡形式(?)本文用高速摄影技术通过平焊和仰焊试验对不同熔滴过渡形式进行了比较,认为一脉冲一滴(脉冲喷滴过渡)和一脉冲多滴(脉冲射流过渡)在平焊和仰焊位置都能实现有力的轴向过渡,但一脉冲多滴的过渡形式可以有更宽的规范区间。跳弧现象是射流过渡的共同物理本质,只有在出现跳弧现象之后,焊丝端头的液体金属才能产生本质的变化,并出现射流过渡的特点。连续电流射流过渡时,跳弧现象只在引弧初期出现一次,而脉冲电流的脉冲射流过渡时,跳弧现象在每次脉冲电流期间都重复出现。脉冲喷滴过渡和脉冲射流过渡时皆有熔滴在脉冲电流停止后过渡的现象。这种在脉冲电流停止后仍能实现熔滴有力过渡的原因是由于惯性作用和细长金属液柱失稳而自动截成数段,形成分离的小熔滴而实现过渡的。     

VP PMIG焊接电弧及熔滴过渡控制

针对熔滴过渡难以控制的问题,基于高速摄像技术研究了VP PMIG焊接电弧及熔滴过渡现象.研究过程显示,控制好VP PMIG焊接过程,选择合适的焊接参数,可形成稳定的电弧和熔滴过渡现象;电弧EN极性时电弧上爬,阴极斑点包围焊丝端而呈现亮区;控制EN极性的电流及时间,可形成合适的对焊丝的熔化作用,但是不形成熔滴过渡现象,因为EN极性期间电弧力不利于熔滴过渡.研究结果表明：EN极性与EP极性电流变换过程有利于降低电弧等离子流力及电弧对焊接熔池的作用力;控制电弧EP极性脉冲电流可形成稳定的一周一脉一滴的熔滴过渡过程     

变极性脉冲MIG焊熔滴过渡过程

为了研究变极性脉冲熔化极惰性气体保护焊在焊核薄板时焊丝的受热机理以及熔滴过渡时的电弧形态与受力过程,搭建了熔滴过渡过程与焊接电信号的同步采集实验平台,对应分析了焊接电流与熔滴长大及脱落过程,得到了电流波形与熔滴过渡状态的匹配关系.通过分析不同阶段熔滴受力状态及其对熔滴过渡的影响,得到了固定频率条件下各阶段的时间配比对熔滴过渡形态的影响.通过调节工艺参数实现了一脉一滴的熔滴过渡过程,得到了均匀稳定的焊缝.分析了熔滴脱落形态,研究了熔滴各特征尺寸.结果表明电信号不同波段持续时间对熔滴尺寸有明显影响.     

一种改进的熔滴过渡控制方法研究

通过分析熔滴过渡控制过程中的脉冲峰值、基值时间、占空比等脉冲参数,针对基值时间对熔滴分离的影响,提出了一种改进的熔滴过渡控制方法,通过改变基值时间,在触发脉冲前取得统一的金属丝熔化长度,从而得到统一的熔滴尺寸.利用simulink程序对工业生产中常用的方法和改进的方法进行了仿真测试,仿真结果表明,改进的方法能达到一脉一滴的效果,并能减少能量消耗.     

脉冲磁场作用下GMAW电弧动态过程分析

针对熔化极气体保护焊短路过渡焊接过程不均匀、电弧稳定性差、飞溅较大且焊缝成形欠佳的缺点,建立了横向脉冲辅助磁场,使其作用于短路过渡焊接过程的熔滴短路时刻,根据短路过渡周期Tc及变异系数CV,优化了辅助磁场MIG/MAG焊接工艺参数.实验表明:当脉冲磁场持续时间ton取值为特定焊接参数下短路时间T1的统计平均值时,短路过渡周期趋于均匀,电弧短路过渡周期Tc及变异系数CV降低,短路过渡液桥加速断开,短路峰值焊接电流降低,从而使短路过渡末期能量积累以及电爆炸飞溅几率降低,并且使熔滴过渡过程稳定.     

基于视觉传感的超声-MIG焊熔滴行为分析

针对镀锌钢在焊接时对焊接参数难以精确控制,导致焊接接头质量较差,从而对镀锌钢超声-MIG焊接过程中的熔滴过渡机制进行深度研究。实验基于视觉传感器在不同的焊接电参数下,对比了超声-MIG与MIG焊接过程,通过图像处理技术提取熔滴的特征参数。结果表明：在焊接小功率参数下,熔滴过渡方式主要是短路过渡,超声此时会阻碍熔滴过渡,熔滴轮廓面积减少,距离熔池高度增加。当焊接功率增大时,在超声辅助作用下熔滴过渡方式主要是大滴过渡和射流过渡,熔滴的几何尺寸均减少,距离熔池高度减少,向熔池过渡频率增加。最后提出一种焊接过程中的熔滴计数算法,实验验证在1 000帧熔滴图像时间内,熔滴过渡周期最高可达37次,保证焊接过程中质量的稳定性,加速了焊接智能化发展。     

弧压、电流对熔滴短路过渡频率的影响

对细丝CO2弧焊的熔滴过渡及其电弧行业进行了实验研究,分析了弧焊过程的稳定性和分散性,得到了主要焊接规范弧压,电流对熔滴短路过渡频率影响的统计规律和二维稳定域,由此规律得到的给定电流的弧压初选推荐值,可用于建立短路过渡过程自寻优控制的初始状态。     

药芯焊丝焊接过程光谱特征波段分析与选择

针对某型自保护药芯焊丝设计焊接工艺试验,利用光谱仪和专用分析软件研究焊接过程中电弧等离子体辐射光谱分布曲线,对其在各谱段的分布特征进行分析,认为紫外波段的光谱曲线波长较短且衰减严重;可见光波段整体相对辐射强度较高,特别是在绿光和黄光区域尤为强烈,在红光区域电弧光谱相对强度较为稳定;在近红外波段电弧光谱辐射强度逐渐下降。综合考虑不同的应用对象,可见光波段适用于电弧等离子体物理本质研究,自保护药芯焊丝电弧等离子体和熔滴过渡的检测适合采用红光光谱窗口,而焊缝跟踪等则适合采用近红外或者红光光谱窗口。     

熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

熔滴短路过渡频率测量装置制作及其在教学中的应用

阐述了CO2焊熔滴短路过渡时电弧电压波形的形成及特点,且据此特点制作了熔滴短路过渡频率测量装置。并介绍了其工作原理和在实验教学中的应用。     

弧压式脉冲MIG焊电源微机控制系统的研究

研制的脉冲ＭＩＧ焊弧压控制法单片机控制系统，通过波形补偿方法，可获得稳定的一个脉冲过渡一个熔滴的焊接过程。系统采用积分分离式变参数ＰＩＤ调节器，在焊接电流调节范围内，具有良好的响应速度和调节性能。低碳钢和铝合金的工艺试验结果表明，焊接过程十分稳定，几乎无飞溅，焊缝成形美观。该脉冲ＭＩＧ焊的弧压控制法具有广泛的应用前景。     

交流脉冲MIG电弧稳定性及其控制

研究交流脉冲MIG焊接工艺的主要目的是为了焊接薄板，交流脉冲MIG使用逆变式交流弧焊电源，在电弧变换极性时若不加稳弧措施电弧不能稳定燃烧，为此，在分析交流脉冲MIG已有的稳弧方案的基础上，提出了稳定交流脉冲MIG电弧的控制方案，在交流脉冲MIG的启弧过程，正常焊接过程，收弧过程中采取了相应控制策略，同时结合高压脉冲稳弧控制，稳定了交流脉冲MIG电弧，这种方案的稳弧效果与焊接电流大小无关，具有广泛的适应性。     

焊接电弧高速图像采集

为采集焊接电弧图像和观察熔滴过渡过程,采用焊接电弧高速摄像关键技术（包括背光技术、光学放大率和高速摄像参数的选择）,建立了以激光为背光光源的高速摄像系统。利用此系统可以在线观测和监控焊接过程,其结果对焊电弧现象以及MIG焊熔滴过渡过程的高速摄像技术有较高参考价值。     

Study on Relationship Between Arc Behavior and Joint Forming in Cold Metal Transfer Welding Technology with Polarity-Exchanging

变极性冷金属过渡焊接技术电弧行为与接头成形关系研究

韩立军, 林鹏宇, 张更伟, 钟丽慧，刘昌华

（一汽-大众汽车有限公司，长春 130011）

创新点说明：

1）首次系统分析了变极性CMT的原理和焊接参数变化规律；

2）对变极性CMT焊接电弧微观行为进行了对比分析；

3）对变极性CMT铝合金的焊接性做了相应的分析，如通过极性变化而发生的阴极雾化作用对接头性能影响等等。

关键词: MIG; 冷金属过渡; 变极性; 电弧行为; 接头成型系数

     

脉冲MIG焊电源的键盘给定系统及数字显示

本文介绍一种微机控制的脉冲MIG焊电源的键盘给定、数显及参数指示系统,它具有操作方便、可靠、直观等特点,适应于微机控制的焊接电源。在该系统中实现了焊接参数的多种给定方式。并具有参数的记忆再现等功能。     

基于ANSYS平台的旋转电弧传感器焊接热过程模拟

针对旋转电弧传感器焊接的特点,对平板M IG焊接,建立了适当的有限元计算模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写了程序,解决了呈高斯函数分布且旋转移动的焊接热源的施加的问题,实现了焊接温度场的三维动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内.研究了旋转电弧传感器自身的特性对焊缝质量的影响作用,并通过实验验证了模拟的可靠性.     

外加纵向磁场对CO_2焊接短路液桥的影响

为了减少CO_2焊接飞溅,利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下CO_2焊熔滴过渡过程,对液桥形成段、液桥缩颈段进行了研究.结果表明,当施加低频磁场时,随着磁场频率的增加,熔滴半径随之增大并在磁场频率为60 Hz时达到最大值,此时球状熔滴的体积最大;随着磁场频率的增加,液桥形成段缩短,促进了短路初期的熔滴过渡过程.当施加高频磁场时,液桥缩颈段赤道面的最小半径减小,促进了短路末期的熔滴过渡过程.外加纵向磁场可以有效促进熔滴的短路过渡过程,从而减小CO_2焊接飞溅.