不锈钢的药芯焊丝焊接过程中熔滴过渡行为分析

采用高速摄像与电信号同步分析系统分析不锈钢药芯焊丝焊接过程中的熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,当电流为150 A时,焊接时容易出现短路过渡,引起飞溅,电弧形态不太稳定,主要过渡方式为非轴向大滴排斥过渡;随着电流增大,电弧趋于稳定,飞溅明显减少,表面张力对熔滴过渡起一定作用;当电流达到240 A时,无短路过渡现象发生,几乎无飞溅产生,电弧形态基本保持不变,焊接过程稳定。焊接过程中焊丝与熔池间形成的渣柱有助于熔滴脱离焊丝进入熔池。     

自保护药芯焊丝熔滴过渡及飞溅分析

电弧物理特性是影响电弧行为和焊接飞溅的重要因素。利用高速摄像技术和汉诺威弧焊分析仪观察分析自保护药芯焊丝的电弧行为、熔滴过渡特征与飞溅形式的关系。研究发现,自保护药芯焊丝电弧在滞熔渣柱周围环绕旋转、熔滴过渡的模式以及焊接冶金反应是形成焊接飞溅的主要原因。焊接过程中自保护药芯焊丝主要有五种飞溅形式:爆炸飞溅、电弧力引起的飞溅、气泡放出型飞溅、颗粒偏飞和熔池飞溅。统计结果表明,爆炸飞溅是数量最多的飞溅。     

电弧焊熔透ICA-BP神经网络识别模型

以氩弧焊熔透状态识别为研究对象,研究一种基于ICA (Imperialist Competitive Algorithm) 的BP(Back Propagation)神经网络识别模型方法. 首先利用ICA全局搜索不易陷入局部极值及搜索速度快的特点对神经网络权值和阈值初始化,再用BP算法对神经网络进行训练. 通过摄取焊接过程中的熔池图像,提取熔池面积、熔宽以及熔池质心位置作为神经网络预测模型的输入量,分析熔池图像三个特征与焊缝熔透状态的映射关系,最终建立熔透状态预测模型. 结果表明,采用ICA-BP神经网络能够有效地预测焊缝的熔透状态.     

铝合金TIG焊熔池正面图像模式识别

将图像处理与模式识别技术用于铝合金TIG焊接过程信息提取过程，根据铝合金熔池图像随机噪声强的特点，采用加权中值滤波，统计灰度边缘检测、统计期望阈值法和投影方法对铝合金熔池图像进行了预处理。探索了将神经网络用于焊接熔池图像处理的方法，采用BP神经网络对二值化熔池图像进行边缘提取，取得了理想的效果。研究了大电流条件下铝合金熔池图像的对称性，通过单面图像，得到了完全的熔池边缘图像。     

铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊特性分析

选用多股绞合焊丝替代传统焊丝,将激光热源与多股绞合焊丝MIG焊热源相匹配. 借助高速摄像系统,提取焊接过程中熔池和匙孔特征量,开展5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺特性研究,探讨了不同工艺参数下焊缝成形与熔池行为相关性及焊接气孔规律性研究. 结果表明,主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律与常规焊丝激光-电弧复合焊相一致,由于激光束的指向性,焊缝熔深受激光能量密度影响较大,因此焊缝熔深与激光功率呈正比,与焊接速度、离焦量的绝对值呈反比,焊接电流与光丝间距的影响不大;焊缝熔宽受电弧参数影响较大,且熔宽与熔池面积变化有一一对应关系,熔池面积变大,熔宽增加;余高与熔敷速度有关,因此焊接电流越大、焊接速度越小,余高越大.此外高能量密度激光热源的加入突出了多股绞合焊丝的自旋转特性的优势,特别是焊接电流在130 ~ 200 A范围内,随着焊接电流的增加,多股绞合焊丝的旋转频率增加,旋转特性带来的拓展焊缝宽度及对焊接气孔的抑制等优势更为明显.     

转换式TIG—MIG焊的电弧现象和效果

最近研究的一种电弧焊方法,其焊接电流在TIG和MIG焊的两电极间交替转换,以防止电弧在两电极之间的相互影响。在这种焊接方法中,所观测到的电弧现象表明,MIG焊丝的尖端很容易熔化。由于TIG电弧的辐照的帮助,熔滴周期性地从焊丝过渡到熔池中而无飞溅。TIG和MIG焊的焊接电流可以单独地改变,而在两电极间电弧无相互     

激光焊接偏差识别的神经网络模型试验研究

激光焊接偏差识别是保证激光焊接质量的关键技术,本文研究一种用于识别激光束与焊缝位置偏差的BP神经网络模型。在大功率光纤激光焊接试验条件下,利用高速红外摄像机摄取焊接区域熔池图像,分析激光束与焊缝对中及偏离所对应的红外辐射瞬态特征。通过图像处理增强熔池图像,计算熔池特征参数（熔池匙孔特征参数、匙孔质心值、热堆积效应参数）以及相对应的焊缝与激光束之间的偏差值,将其输入所设计的神经网络进行网络权值参数的训练,建立基于BP神经网络且具有一定环境适应能力的焊缝偏差模型。试验结果表明,该模型能够反映熔池特征参数与焊缝偏差之间的规律,可实现较精确的焊缝偏差识别。     

极性对全位置自保护耐磨堆焊药芯焊丝工艺性能的影响

通过采集的焊接电流波形图、焊接电流概率密度分布曲线图和焊接电流变异系数评判了不同极性焊接时的电弧稳定性,结果表明,AP-55焊丝直流正接的电弧稳定性优于直流反接;通过飞溅率测试试验对比了不同极性焊接时的飞溅情况,结果表明,AP-55焊丝直流正接的飞溅小于直流反接,且直流正接的飞溅颗粒较小,容易清理。     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.     

金属粉芯型药芯焊丝电弧物理特性观察

金属粉芯型药芯焊丝的电弧特性严重影响着熔滴过渡及飞溅。本文利用高速摄像机对焊接过程的熔滴过渡进行了拍摄,分析了金属粉芯型药芯焊丝熔滴过渡类型随焊接参数的变化规律、熔滴过渡机理、飞溅特征等。分析表明:随着焊接参数逐渐增加,焊丝熔滴过渡类型依次为:短路过渡、排斥过渡、颗粒过渡,其中颗粒过渡频率较高,电弧稳定性较好,是金属粉芯型药芯焊丝的理想过渡模式;金属粉芯型药芯焊丝焊接飞溅类型主要有:气泡放出型飞溅、电弧力飞溅、爆炸飞溅、熔池飞溅。     

基于纵向磁场控制的大直径空心螺柱焊接工艺

采用电弧螺柱焊方法对外径20 mm、内径10 mm的空心螺柱与45钢板材进行焊接,研究了旋弧磁场对接头显微组织特征及力学性能的影响. 结果表明,在纵向旋弧磁场作用下,电弧中电荷受洛伦兹力作用呈螺旋运动,接头外观成形得到改善. 受磁场控制的电弧持续搅拌熔池,改善了焊接热循环条件,影响了熔池凝固结晶过程. 接头中先共析铁素体呈有规律的网状分布,珠光体也变得细化. 接头温度梯度减小使得固态相变时间增长,母材侧热影响区马氏体数量显著下降,热影响区宽度变小. 但旋弧磁场电流过大时焊接过程飞溅倾向明显增大,焊缝中气孔增多. 在焊接时间1 400 ms、焊接电流800 A、旋弧磁场电流0.43 A时,电弧在空心螺柱端面充分燃烧,接头抗剪强度可达到325 MPa.     

Effect of REM addition of wire on CO2 gas shielded arc phenomenon

Carbon dioxide (CO₂) gas shielded arc welding is the main arc welding method, but it generates a large amount of spatter during welding. The root cause of spatter lies in the fact that the droplet undergoes repeated irregular shaking. To solve this problem, spatter generation modes were clarified and the effects of polarity and rare earth metal (REM) addition of the wire on CO₂ gas shielded arc welding were investigated. As a result, when welding is performed with an electrode negative (DCEN) polarity using REM added wire, it was found that a conical arc plasma is formed, and the droplet which is transferred from the wire tip to the molten pool is fine and continuous, in what is termed ‘spray transfer’. Thus, spatter generation was reduced to 10% of amount of the conventional CO₂ gas shielded arc welding (from 0.058 to 0.005g/s).     

基于熔池视觉特征的铝合金双丝焊熔透识别

熔透是焊接质量的重要评价指标之一,铝合金对焊接工艺敏感性较高,容易出现熔透不均匀情况.试验利用近红外视觉传感方法获取了铝合金单面焊双面成形焊接过程中未熔透、熔透和过熔透三种情况下的清晰熔池图像,通过图像处理获得了准确的熔池轮廓,定义并提取了熔宽、半长、面积、周长和抛物线系数等能反映熔透状态的熔池特征参数,建立了基于BP神经网络的铝合金双丝焊熔透识别模型.结果表明,5-13-3结构的BP神经网络对熔透状态识别的正确率最高,达到89.05%.     

双丝串列电弧焊焊缝成形的试验分析

将旋转电弧传感器和双丝串列电弧焊结合起来,开发了旋转电弧引导的、两个电弧在同一个熔池上燃烧的双丝串列电弧焊方法,对其焊缝成形工艺进行了研究.分析了焊接电流、焊接电压、双丝间距、电弧旋转等参数对焊缝成形的影响.结果表明,随着焊接电流的增大,熔敷速度增加,焊缝成形系数呈现先增大后减少的变化规律.而焊接电压的增大则会使焊缝成形系数略有减小.对双丝间距的研究发现,当间距为15 mm时,焊接质量较好.与普通双丝串列焊相比,前置电弧旋转时熔池底部变得平坦,最大熔深有所减小,平均熔深有所增加,这将有助于减少焊缝的应力集中.与单丝旋转电弧焊相比,焊接熔敷速度显著增大,有效避免了高速焊接时的咬边现象.     

碱性渣系气体保护药芯焊丝立向上焊接工艺

采用平板对接立向上焊接、焊接电弧物理观察等试验方法，观察了碱性渣系气体保护药芯焊丝熔滴过渡和电弧特性，研究了立向上焊焊缝成形机理及影响因素。结果表明，碱性焊丝立向上焊时，粗熔滴非轴向过渡和集中、活动型电弧特性使熔滴过渡的定向性很差，熔滴飞溅增大；碱性熔渣的流动性大，凝固速度慢，对熔池的扶托作用差，熔池的形状较难控制，焊缝成形相对困难。采用合理的、最佳匹配的焊接参数和有效的操作技术和运丝方式是获得满意立向上焊缝的必要条件。     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响，进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响，并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明，电弧预熔丝激光焊过程中，熔池表面匙孔开口尺寸变化不大，匙孔较为稳定；激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近，焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比，电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入，与匙孔边缘的距离较远，匙孔稳定性较好，焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时，电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好；而激光填丝焊焊缝背面成形不连续，并且出现了未焊透的缺陷.     

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.     

侧向风场作用下横向焊接旋转电弧传感及焊缝跟踪

文中利用侧向风场的吹袭作用来抑制横焊熔池的下淌,研究了在侧向风场作用下焊缝成形质量和旋转电弧的传感特性. 提出了一种基于平面拟合的焊枪偏差和电极高度检测算法,实现了同一电流信号下焊枪偏差和电极高度的同时检测. 结果表明,适当控制侧风流量有助于抑制熔池下淌、改善焊缝成形. 但是随着风速的增加,焊接电弧的熄弧率升高、电弧传感的准确性降低. 针对焊接电流的噪声干扰,还设计了软阈值小波滤波算法,并开发了相应的模糊控制算法对焊枪偏差和电极高度进行调节,初步实现了横焊焊缝的成形控制和跟踪.