激光增强高压干法水下MIG焊熔滴过渡控制试验

为验证激光对高压干法水下MIG焊电弧稳定性和熔滴过渡控制的影响,搭建了位于高压焊试验舱内的激光增强MIG焊接试验系统,并进行了不同环境压力下激光增强前后的电弧稳定性和熔滴过渡状态对比分析.结果表明,一定功率密度脉冲激光的辅助作用可以克服水下环境压力对熔滴过渡和焊接过程稳定性的负面影响,可以通过脉冲激光控制熔滴尺寸,并且实现熔滴过渡频率与脉冲激光频率保持一致,稳定了焊接电弧,从而提高水下MIG焊过程的稳定性.     

激光增强GMAW焊接熔滴过渡控制试验

水下环境压力对于焊接熔滴过渡和焊接过程稳定性具有一定的负面阻碍作用,需要提供额外的作用力帮助稳定焊接电弧和改善熔滴过渡状态;为验证激光增强熔滴过渡控制技术的可行性,搭建了空气环境下的相关试验系统,并进行了激光增强前后的熔滴过渡状态对比研究.结果表明,在焊接过程中施加一定功率密度的激光对熔滴过渡行为具有明显的改善作用,可以在一定范围内改善熔滴过渡状态,并可以通过激光控制过渡熔滴的大小,提高焊接过程的稳定性.试验结果为进一步开展激光增强高压干法水下焊接试验奠定了基础.     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

2219铝合金激光驱动GMAW熔滴过渡行为

以2219铝合金为研究对象,搭建了激光驱动GMAW熔滴过渡试验系统,采用高速摄像系统拍摄熔滴过渡行为,分析了激光的加入对熔滴过渡行为的影响. 结果表明,通过改变工艺参数,激光的加入改变了熔滴的受力状态从而改变了熔滴过渡模式和飞行轨迹. 脉冲激光作用在熔滴缩颈处形成的蒸发反力可以有效促进熔滴过渡,得到“一脉一滴”的射滴过渡形式,提高熔滴过渡频率和熔滴过渡的稳定性,同时能够有效改善焊缝成形解决铝合金焊接射滴过渡工艺区间窄,对母材热输入高以及焊接过程稳定性差等问题.     

高压干法GMAW熔滴排斥过渡形成机理

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.以三种不同送丝速度,分别进行了0.1～2 MPa的氩气环境GMAW试验.结果表明,随着环境压力的增加,熔滴过渡形式均转变为排斥过渡.在排斥过渡熔滴长大过程中,始终伴随着电弧弧根沿一侧上爬至熔滴的近焊丝端现象,从而对熔滴产生了不对称的侧向力作用,加之高压环境中弧根面积减小导致熔滴所受的电磁力为熔滴过渡的阻力,两者共同作用最终形成了高压干法GMAW的排斥过渡.通过对比不同环境压力下的弧根位置照片发现,这种弧根上爬现象也同时存在于常压和环境压力较低时.并采用理论模型推导了电弧弧根上爬的条件及影响因素.     

基于脉冲激光的GMAW熔滴过渡解耦控制

实现电流解耦的熔滴过渡,在足够低的焊接电流下仍能获得稳定的细颗粒或射滴过渡,将从根本上提升熔化极气体保护焊（GMAW）过程的稳定性和焊接质量.为此,文中提出了一种采用激光脉冲照射熔滴,利用蒸发反冲力驱动熔滴过渡的新方法.首先试验观测了光致蒸发现象,初步分析了激光蒸发反冲力的特征.进而观测分析了小电流下脉冲激光控制熔滴过渡的效果.结果表明,采用激光脉冲照射能够实现熔滴过渡与焊接电流的完全解耦,熔滴过渡随激光脉冲表现为一脉一滴的形式,熔滴飞行轨迹沿激光入射方向有一定偏转,但对焊缝成形无不良影响.     

GMAW的波形控制技术

在焊接生产中应用广泛的GMAW,其在飞溅、焊缝成形质量等方面尚存在一些局限。通过控制焊接电流波形来改善GMAW的熔滴过渡,实现对GMAW焊接性能的扩展与质量的提升。引入熔滴过渡"类型"的概念,对波形控制下的熔滴过渡进行了分类,并阐述了不同波形控制下熔滴过渡类型其特点与应用。最后指出波形控制技术在拓宽GMAW的应用上有着不可替代的作用,且尚具有较大的发展空间。     

局部干法环境下GMAW横向焊接熔滴过渡特性

提出了一种水下结构件局部干法横向焊接方法,该方法通过对排水罩结构进行设计,使高压气体在排水的同时在排水罩内部形成向上流动的风场,利用风场对熔池的吹袭作用来抑制熔池下淌. 采用高速摄像技术研究了在侧向风场作用下GMAW焊的熔滴过渡特性. 结果表明,在短路过渡状态下,由于受到侧向风场的影响,更容易发生B型短路过渡. 在滴状过渡时,由于熔滴体积较大,侧向风场的支托作用不明显,熔滴沿焊丝倾斜向下过渡到熔池中. 在射流过渡时,侧向风场对电弧的影响较小,使熔滴略微向上偏斜,有助于减小熔池下淌程度,获得较好的焊缝成形质量. 研究结果对于水下结构件横向焊接质量控制有一定的参考价值.     

环境压力对高压干法GMAW熔滴过渡影响分析

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.通过0.4 MPa以内氩气环境的试验发现,环境压力超过临界压力后熔滴过渡形式会发生转变.随着环境压力的增加,在小电流情况下,过渡形式先由大滴过渡转变为短路过渡,进而转变为排斥过渡;在焊接电流较大情况下,熔滴依次呈现射流过渡、短路与射流混合过渡、排斥过渡.并从熔滴受力的角度分析了压力环境熔滴过渡形式转变机理.指出产生排斥过渡的原因是在环境压力的作用下电弧与弧根收缩,改变了熔滴的受力状态而产生的.     

激光-GMAW复合焊接电弧热源形式对焊接过程参数及焊缝形态的影响

激光-脉冲GMAW复合焊接和激光-连续GMAW复合焊接两种热源形式在复合焊接中使用范围广,应用前景好.系统研究这两种热源形式和脉冲GMAW焊接以及连续GMAW焊接在焊接过程中的电参数变化特征及焊缝的形状尺寸.结果表明,激光-脉冲GMAW复合焊接中电参数平稳,焊接过程稳定,可有效地促进熔滴过渡,并且获得的焊缝尺寸较理想,熔深大、余高小,但激光功率3000W的复合焊接短路时电参数波动性增大.     

Effects of welding voltage on process stability in hyperbaric gas metal arc welding

Based on hyperbaric gas metal arc welding （GMAW） experiments at ambient pressure of 0. 8 MPa, the process stability of different welding voltages was studied. The experiments were carried out with a high speed camera system including infrared laser backlight and electric signal acquisition system. Keeping wire feed speed at 8 m/min, arc length increases linearly with the increase of welding voltage in O. 8 MPa argon environment. Under this condition, all the metal transfer modes are droplet repelled transfer and the transfer frequency increases with increasing welding voltage. The number of deviating spatter is less with relatively high welding voltage. The results of electric signal waveforms show that the probabilities of short circuit and arc interruption decrease firstly and then increase with increasing welding voltage. When the welding voltage is 37 V, the hyperbaric welding process is the most stable with no probability of short circuit and arc interruption.     

焊接极性对水下高压干法GMAW影响分析

通过环境压力为0.1~2.0 MPa的水下高压干法熔化极气体保护焊(GMAW)试验,比较了直流反接与直流正接焊接过程特点.结果表明,直流反接时,当压力超过0.2 MPa后开始出现少量飞溅,随着环境压力增加,飞溅数量逐渐增多而尺寸逐渐减小.直流正接时,当环境压力大于0.4 MPa后,焊接过程稳定,几乎无飞溅产生.通过高速摄像分析总结了直流反接产生两种飞溅形式及其特征.熔滴偏离型飞溅是伴随着排斥过渡产生的;熔滴反弹型飞溅是由于熔滴接触母材后受向上方向电磁力作用,脱离母材而产生的,并分析了直流正接时飞溅较小的原因.     

激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型

基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型. 将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响. 利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析. 结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.