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     

熔滴过渡光谱传感器原理及测控效果

为实现熔化极脉冲焊熔滴过渡的精确控制,研制了电弧熔滴过渡光谱传感器,并设计了多信息同步的高速摄像装置,对电弧熔滴过渡光谱传感器的传感灵敏性和控制的可靠性进行检测和验证,证实了电弧光谱对熔滴过渡检测的准确性及光谱信号实时控制熔滴过渡的可靠性,实现了1脉1滴和1脉2滴的熔滴过渡脉冲焊接过程.     

磁旋弧MAG焊接工艺的熔滴过渡机制

将纵向磁场引入到喷射过渡MAG焊接过程,借助高速摄像等手段,详细研究了磁旋弧MAG焊接工艺的熔滴过渡机制和焊接飞溅形成机理.试验结果表明,在外加磁场的作用下,焊接电弧和液流束都偏离焊丝轴线一定角度高速旋转,液流束形态为螺旋状;熔滴过渡偏离了焊丝轴线,但始终在电弧烁亮区内进行,并且熔滴过渡频率提高;在液流束与焊接熔池瞬时短路时以及收弧阶段,易产生飞溅.     

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.     

基于净干伸长的MAG焊接数学模型与工艺参数控制

通过对MAG焊接过程的电路进行整体分析,提出了"电源—电缆—焊丝净干伸长—熔滴—电弧"系统模型,以净干伸长为变量,根据干伸长温度分布函数推导出净干伸长压降函数的同时,采用过渡熔滴时间权重长度及金属固液态体积转换方法,建立了连续多周期过渡的液态熔滴压降子模型,而后得到电弧电压与焊接电流、净干伸长及焊矩高度的数学函数模型,对参数控制进行了模拟;并与实际的焊接过程进行了有效比较与分析.     

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.     

自保护药芯焊丝立向下焊接熔滴过渡观察与分析

采用高速摄像方法对自保护药芯焊丝的熔滴过渡进行了观察分析发现,自保护药芯焊丝立向下焊接时的熔滴过渡模式为短路过渡、弧桥并存过渡、爆炸过渡和颗粒过渡,弧桥并存过渡是其主要过渡形态.弧桥并存过渡形态包含弧桥并存爆炸过渡和弧桥并存表面张力过渡,前者的主要特征是桥的爆炸,后者则是液相桥和熔池接触,熔滴金属通过表面张力的作用进入熔池.随着电流增加,熔滴尺寸减小,过渡频率增大,弧桥并存过渡和爆炸过渡增加,短路过渡减少.     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于Simulink的GMAW短路过渡焊接回路系统的仿真

研究熔滴过渡情况对熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊缝成形以及冶金过程有重要意义.基于Simulink建立了GMAW短路过渡焊接回路系统模型,对动态焊接电流、焊接电压进行仿真,并分析了不同工艺参数时焊接电流、焊接电压的变化.该模型的建立可用于研究短路过渡的稳定性、焊接质量的提高和冶金过程的改善.     

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.     

基于Matlab的短路过渡动态行为建模与仿真

为了探讨CO2气体保护焊短路过渡过程全数字控制的规律,从熔滴过渡行为角度出发,深入分析了燃弧期间熔滴体积的变化和短路期间的液桥行为,建立了熔滴和液桥行为的数学模型,并对短路过渡的动态电压负载和弧长的动态变化过程进行了数学建模．然后利用Matlab／Simulink建立了全数字控制CO2气体保护焊短路过渡整体系统的仿真模型．仿真波形与试验结果基本一致,证明所建的系统仿真模型是正确的．该仿真研究可以应用于全数字控制CO2气体保护焊短路过渡数字控制规律和动态行为的研究．     

起重机拼板不清根高效焊接及接头性能分析

为了解决拼板在焊接过程中的碳弧气刨清根、板材翻身导致焊接工序复杂、生产效率低下以及无法实行自动化焊接等问题,提出一种采用埋弧焊单面焊加陶瓷衬垫方法,板单元正面进行埋弧焊接,试板背面与陶瓷衬垫紧密贴合,从而实现拼板对接单面焊双面成形.研究结果表明,该埋弧焊接工艺满足100%RT和100%UT探伤,-20℃条件下冲击吸收功高于27 J,其力学性能结果符合标准要求.与传统工艺相比,该焊接工艺在保证其焊接质量的同时可简化生产工序,提高生产效率,降低生产成本,减少环境污染,实现绿色生产.     

多电极耦合电弧形态研究

以数据采集卡和高速摄像机为硬件基础搭建多电极耦合电弧试验测试系统,对焊接电弧电信号和电弧图像进行同步采集,实现了对多电极耦合电弧的检测与分析.利用本系统详细分析了多电极耦合电弧的电弧行为,电弧在磁场中相互作用致使电弧偏向阴极,产生阴极极区效应,导致多电极耦合电弧行为发生变化.阴极极区效应在DE-GMAW焊工艺中促使旁路电弧偏移而降低了电弧的稳定性,但在arcing-wire GTAW焊工艺中提高了电弧稳定性,阴极极区效应改变交叉耦合电弧主电弧的行为,主电弧的电弧力可促使熔滴过渡.     

弧焊短路过渡过程的随机性与稳定性

弧焊过程的稳定性直接影响焊缝成型和焊接质量 ,研究弧焊过程稳定性的目的是通过焊接实验获得焊接稳定性及其稳定区域的描述方法。在CO2 弧焊短路过渡过程焊接电流、弧压对特征参数影响的大量焊接试验的基础上 ,通过对焊接规范不变情形下特征参数的稳定性及其稳定区域的分析 ,得到了焊接稳定性的描述方法。研究表明在焊接规范相同且弧焊过程稳定的状态下 ,CO2 弧焊熔滴短路过渡过程的特征参数是随机而分散的 ,当焊接电流不变而弧压变化时特征参数存在离散稳定区域