MIG焊熔滴过渡的电弧光谱信号

获得熔滴过渡的信号是MIG焊熔滴过渡控制的关键,这已成为目前亟需解决的问题。文中介绍了以电弧光谱手段检测熔滴过渡的试验装置、原理和方法。通过试验测试及数据分析发现,通过熔化极电弧的光谱信号可以检测出MIG焊喷射过渡的过渡过程、过渡形式,测量过渡参数。信号幅度大,品质好;不同的过渡形式具有不同的典型信号模式;信号脉冲的形态与熔滴过渡的发展过程具有明确的对应关系。熔化极电弧光谱信号的诸特征可方便地应用于MIG焊熔滴过渡的过程控制、过渡形式的模式识别与稳定化以及过渡参数的测量。     

MIG焊不同熔滴过渡状态的电弧声响度分析

针对MIG焊不同熔滴过渡状态的识别问题,提出基于Moore响度模型的电弧声分析方法。首先对不同熔滴过渡状态下的电弧声信号及其功率谱密度进行分析,发现不同熔滴过渡形式的电弧声信号能量和频率分布各有不同。根据Moore响度模型能综合反映声波振幅大小、频率及时间特性的特点,建立了电弧声Moore响度模型,获得了不同熔滴过渡状态下的电弧声信号Moore响度曲线。结果表明,不同熔滴过渡状态的电弧声具有明显不同的响度特征,为MIG焊熔滴过渡稳定性实时检测提供了一种有效手段。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择

焊接电弧光谱是一个丰富的信息源，电弧中各种变化都能在电弧光谱中得到体现，不同波段不同谱线的电弧光谱所包含的信息各不相同。熔滴过渡过程直接导致电弧空间粒子浓度和分布的变化，检测相应的电弧光谱就能检测喷射过渡电弧的熔滴过渡。文中介绍了熔化极电弧光谱分布特征，分析了窗口光谱辐射理论，提出了焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择原则，并在此原则指导下选取了特征光谱窗口。对熔滴过渡过程进行检测和控制。试验证明，这种特征窗口光谱信息能够像光谱仪谱线信息一样很灵敏地反映熔滴喷射过渡过程，可以利用该信号进行熔滴过渡闭环精确控制。文中的熔滴过渡信息的检测和控制都取得了非常好的效果。     

双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡与电弧形态

用高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡及电弧形态和电弧电压之间的关系进行了深入分析.结果表明,熔滴过渡和电弧电压、电弧形态的规律性变化存在密切的对应关系.熔滴形成、长大、脱离焊丝端部的规律性变化使极性斑点间距及弧柱电阻发生变化导致了电弧电压的波动,从而使电弧形态发生由暗到明、由小到大的规律性变化.随着焊接电流的增大熔滴的过渡形式发生变化,熔滴尺寸减小.不同的熔滴过渡形式其电弧电压的波动也有所不同,射流过渡电压波动较小,而短路过渡电弧电压的波动最大.     

不同窗口的电弧光谱信息与焊丝熔滴过渡

用光谱窗口替代光谱仪是实现熔滴过渡电弧光谱信息在线控制的基础。有两种不同的熔滴过渡光谱窗口选择方法：选取以焊丝金属谱线为主的窗口或选取以保护气体元素光谱为主的窗口，不同的光谱窗口所反映的信息不同。通过实际选取这两个窗口，获得了相应的电弧光谱信息，并对这些信息特征进行了分析。结果表明，以焊丝金属谱线为主的光谱窗口光谱信息能很好地反映熔滴过渡过程是因为焊丝金属元素在电弧中的浓度分布直接反映着熔滴过渡，以保护气体元素光谱为主的窗口对电弧中的熔滴过渡反应程度较差是因为保护气体元素粒子浓度只能间接地反映熔滴过渡。要检测电弧熔滴过渡应选择焊丝金属元素谱线密集的光谱波段。     

熔滴过渡光谱信息的计算机自动识别

利用熔滴过渡光普信息自动识别系统，采集了熔化极氧化保护焊（MIG、MAG、CO2）5种溶滴过渡形式的光谱信号作为样本，采用计算机进行预处理，创造性地提取了多个熔滴光谱信号波形关键性的特征，建立了判别法则和最小距离分类器。结果表明，成功地对各种熔滴过渡形式进行模式识别，并计算出过渡频率、熔滴平均直径等与焊接质量密切相关的参数。     

等离子-MIG焊熔滴过渡的研究

为了分析等离子-MIG焊熔滴过渡过程中等离子弧和MIG弧对熔滴过渡形态的影响,利用示波器研究了等离子-MIG焊接铝合金时不同熔滴过渡形式的特征,包括电弧电压波形的变化及熔滴过渡临界电流的研究.研究结果表明:等离子-MIG焊的熔滴过渡形式以滴状过渡和射流过渡为主;滴状过渡到射流过渡的临界总电流约为280～300A;等离子-MIG焊中,MIG电流对熔滴过渡产生决定性影响;等离子-MIG焊与MIG焊比较,显著的降低了熔滴过渡向射流过渡转变的临界点.     

激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.     

药芯焊丝CO2气体保护焊熔滴过渡形态观察分析

采用高速摄影技术和汉诺威焊接参数分析仪,对国内外代表性的药芯焊丝CO2焊的熔滴过渡过程、电弧行为、飞溅、烟雾等电弧物理现象进行了大量的观察,总结了各种药芯焊丝熔滴过渡形式和电弧行为的特点,对各种过渡形式工艺性进行了初步评价.     

工艺参数对交流双丝间接电弧弧长和熔滴尺寸的影响

分析了交流双丝间接电弧的技术原理,利用高速摄像拍摄了不同电流、方波频率和双丝夹角时的电弧形态和熔滴过渡,测试了不同工艺条件下的电弧弧长和熔滴直径,分析了不同参数对弧长和熔滴直径的影响规律。结果表明,交流双丝间接电弧形态呈"V"形,随着电流的增加,电弧斑点尺寸变大,亮度变大;交流双丝间接电弧的弧长随电流频率、双丝夹角的减小而增加,随电流的增加而增加;交流双丝间接电弧的熔滴过渡形式属于排斥滴状过渡,熔滴过渡尺寸随电流、方波频率的增加而减小。     

焊接电弧光谱的空间特征及应用研究

探究了电弧光的辐射情况,给出了电弧光谱的空间分布,介绍了利用电弧光谱的这种分布实现的弧焊区图像的摄取、焊缝自动跟踪、自由过渡电弧熔滴信号的提取,脉冲ＭＩＧ焊光谱控制１脉冲１滴熔滴过渡的实时控制等的研究进展。     

电弧声与铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡的相关性

对铝合金脉冲MIG焊过程中电弧声信号与熔滴过渡之间的相关性进行了研究.建立了焊接电弧声信号的计算机采集系统,在此基础上分别利用小波去噪、功率谱密度分析和ARMA(auto regressive and moving average,自相关滑动平均模型)双谱估计等信号处理方法对不同熔滴过渡方式下的电弧声信号进行了分析.三种方法的分析结果均表明熔滴过渡为短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、和射流过渡时焊接电弧声具有不同的特征,证明利用电弧声能够对铝合金脉冲MIG焊过程中出现的不同熔滴过渡进行有效地区分.为铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡稳定性实时控制和检测提供了一种有效的手段.     

不同参数下MIG焊电弧光谱波动特点

熔化极惰性气体保护焊(MIG)过程中,熔滴过渡、弧长波动等会引起辐射的剧烈变化,其变化规律对于焊接质量检测具有重要意义.文中通过采集不同参数下的MIG焊电弧光谱分布,研究其在焊接过程中的变化规律;并结合该参数下熔滴过渡特征,基于电弧物理理论,对典型参数下光谱波动的规律进行物理解释.结果表明,不同参数下电弧光谱的分布和变化规律不同,具有各自的光谱分布特征;在MIG焊接过程中,由于熔滴过渡会造成光谱信息的规律波动,但在过渡的不同时间段,光谱信号在不同谱段(紫外区、可见光区、近红外区)的变化规律存在较大差异.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

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.     

M弧电流对Tri-Arc双丝电弧焊熔滴过渡形态影响

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因.结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定.M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定.M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定.焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

1. 佳木斯大学 材料科学与工程学院，佳木斯 154007; 2. 深圳瑞凌实业股份有限公司，深圳 163000; 3. 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因. 结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定. M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定. M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定. 焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加.因此采用激光-MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景.     

超声-MAG复合焊接的熔滴过渡行为

文中对低碳钢超声-MAG焊接熔滴过渡行为做了系统分析. 试验主要关注在超声作用下,低碳钢焊接中熔滴过渡行为的变化. 对熔滴过渡过程进行观测和分析. 结果表明,超声波会使MAG焊熔滴过渡分布区间发生改变,短路过渡对电压电流的适应性更强,大滴过渡电压升高,中等电流电压下不稳定的过渡得到一定程度的改善;对于不同的过渡形式,超声均可以增加其熔滴过渡频率,改变熔滴尺寸及形态,使熔滴以更小的尺寸、更高的频率过渡到熔池中;与普通MAG焊相比,超声-MAG焊的电流信号波动较小,熔滴过渡过程更稳定. 该分析对于超声辅助电弧焊接技术的发展与应用是一个重要补充.