双钨极氩弧焊工艺及焊缝成形机理分析

针对3 mm和4 mm厚度低碳钢板,对双钨极氩弧焊的焊接工艺进行了研究.与常规钨极氩弧焊的对比分析表明,由于双钨极氩弧焊降低了电弧压力,提高了焊丝的熔敷率,因而在大电流高速度焊接时,极大地减少了凹坑、咬边等缺陷,实现了良好的焊缝成形,从而改善了常规钨极氩弧焊不适合大电流高速度焊接的不足,拓宽了钨极氩弧焊的使用范围,提高了焊接生产率.此外,在焊接试验的基础上,进一步对双钨极氩弧焊降低电弧压力、减少焊接缺陷的机理进行了分析.     

双钨极氩弧焊焊缝成形的数值模拟

采用数值模拟方法对双钨极氩弧焊的焊缝成形规律进行研究.考虑到两个电弧的相互吸引作用导致电弧偏转,仿真时采用倾斜热源模型.对比分析了单、双钨极氩弧焊的焊缝成形特点,研究了双钨极氩弧焊焊接过程中钨极间距、电流大小和匹配形式对熔池形状的影响.结果表明,相对于单钨极氩弧焊,双钨极氩弧焊的熔宽窄,熔深略小;随着钨极间距的增加,熔宽增加,熔深减小;随着电流的增大,熔深和熔宽都有一定程度的增加;两钨极上焊接电流的不同匹配形式会对焊缝成形产生影响.     

激光-同轴电弧复合焊接热源焊接

在建立和研究空心钨极电弧的基础上，对激光－同轴电弧复合焊接热源焊接特性进行了深入研究，试验结果表明，激光与电弧相互作用增强的效果十分显著，采用同轴电弧作为辅助热源增大焊接熔深的效力优于激光－旁轴电弧复合焊接热源焊接效果，在试验的基础上，得到了激光－同轴电弧复合焊接热源焊接熔深的变化规律。     

激光一同轴电弧复合焊接热源焊接

在建立和研究空心钨极电弧的基础上，对激光一同轴电弧复合焊接热源焊接特性进行了深入研究。试验结果表明，激光与电弧相互作用增强的效果十分显著，采用同轴电弧作为辅助热源增大焊接熔深的效力优于激光一旁轴电弧复合焊接热源焊接效果。在试验的基础上，得到了激光一同轴电弧复合焊接热源焊接熔深的变化规律。     

HPVP-GTAW电弧力及焊接质量分析

分别以3种不同材质铝合金平板材料为试验对象,研究分析了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中电弧力的变化及其对焊缝成形特征和接头力学性能的影响.结果表明,与常规变极性氩弧焊工艺相比,脉冲方波电流的加入使得HPVP-GTAW电弧力显著增加,同时焊缝熔透率大幅提高,接头力学性能得到明显改善和提高;保持脉冲电流幅值和占空比基本不变,在10～80 kHz范围内,脉冲电流频率对焊接过程产生了重要影响,频率为40 kHz时,HPVP-GTAW电弧力和焊缝熔透率均达到最大,分别约为常规变极性焊接电弧的1.9倍和1.7倍.     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.     

磁场与粉煤灰联合作用下TIG焊电弧行为

为了研究活性剂与高频磁场联合作用对电弧行为影响及熔深改变机理,使用粉煤灰作为活性剂对Q235钢进行A-TIG焊,并在焊接过程中施加高频纵向磁场,实现两者的联合作用.试验中对不同的涂覆量下A-TIG焊缝形貌进行分析,发现当涂覆量为0.3 mg/mm²时,熔深增加最为明显,在此涂覆量下引入1.5 kHz高频纵向磁场,熔深达到2.70 mm,为普通氩弧焊的1.8倍,但磁场频率继续增加,熔深则会出现下降趋势.采集焊接过程中电弧形貌、电流密度、电弧力及电弧温度的变化数据,分析活性剂与高频纵向磁场对TIG焊的联合作用机理,发现活性剂与磁场的联合作用能够改变外部磁场在等离子体内的分布使带电粒子受到更大的洛伦兹力,导致电弧在一定范围内进一步收缩;同时,与磁控-TIG相比,能够改善高频磁场引起的“磁抽吸”现象,使电弧热量更加集中.     

耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺

将耦合电弧钨极和GPCA焊方法结合,形成了耦合电弧钨极GPCA-TIG焊方法,该方法可实现深熔深高速度焊接.对比分析了在较高焊接速度时常规TIG焊、耦合电弧钨极TIG焊和耦合电弧钨极GPCA-TIG焊的焊缝表面成形和截面形貌,发现耦合电弧钨极GPCA-TIG焊可避免咬边和驼峰焊道的产生,并且焊缝熔深有所增加.耦合电弧钨极GPCA-TIG焊工艺试验表明,焊缝熔深和熔宽随焊接速度的减小和外喷嘴位置的升高而增大,随着弧长和外层氧气流量的增加先增加后略有减小;随着焊接速度的减小,弧长和外层氧气流量的增大,焊缝咬边减轻,外喷嘴相对高度变化时焊缝均未出现咬边.     

铝合金激光-电弧复合焊接工艺研究

对LF6铝合金的激光-电弧复合焊接工艺进行了初步研究。通过工艺试验,分析研究了焊接速度、激光焦点位置、钨极与激光束之间的距离、焊接电流对焊缝质量(熔深、熔宽)的影响规律。     

激光—MAG电弧复合热源焊接过程的影响因素

针对激光-MAG电弧复合热源焊接过程的几个主要影响因素展开了研究.通过焊接电弧分析仪发现激光-MAG电弧复合热源焊接时,光斑-焊丝之间的距离为1mm时,焊接电弧最稳定.通过对熔深、熔宽的分析发现,复合后熔深能够增加1.5倍以上,并且激光-短路过渡电弧MAG复合热源焊接还能够改善焊缝的润湿性,增加熔宽,减弱焊缝的咬边现象,与单独激光焊接时相似,当激光的焦点位于工件表面以下1mm时,熔深达到最大值.     

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.     

Measurement method of the arc welding current and voltage

Plasma arc welding can realize high-speed welding, deeper weld penetration and, furthermore, smaller thermal distortion. For these reasons, plasma arc welding is employed for keyhole welding. However, it has been pointed out that it is difficult to obtain the stability of the welding. In this study, we have developed a unified plasma arc welding model for analysing the welding mechanism and influence of the torch design and operation conditions of the arc on the welding process. In this paper, the keyhole welding of a thick aluminium plate employing the plasma arc was numerically analyzed for clarifying the mechanism determining the keyhole size which is important for improving the stability of the process. As a result, it was found that the keyhole size is determined mainly by a force balance between the surface tension of a weld pool and metal vapour pressure.     

脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响

基于0Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢超高频脉冲钨极氩弧焊（UHF—GTAW,ultrahigh frequency pulse gastungsten arc welding）试验,分析了脉冲电流参数对奥氏体不锈钢电弧行为的影响及其作用规律．结果表明,以脉冲电流频率、占空比为代表的脉冲电流参数对不锈钢UHF-GTAW电弧的电学特性、工作形态、电弧力及熔透特性具有较大影响,随着超高频脉冲方波电流频率的增加,电弧收缩效应增强,电弧覆盖面积在一定范围内减小,电弧力显著增长,以等离子流力及电磁力为主的轴向力作用于熔池表面液态金属,造成熔池表面凹陷、热源下移、焊缝熔深增大、熔透率显著提升．     

Microstructure and porosity analysis in ultrasonic assisted TIG welding of 2014 aluminum alloy

The ultrasonic assisted tungsten inert gas (U-TIG)welding is a newly developed arc welding method,which is aimed at improving the weld quality and efficiency.TIG welding and U-TIG welding of 2014 aluminum alloy with 5 mm thickness were experimentally carried out in this paper.The microstructure and porosity of welded joints were analyzed.Compared with conventional TIG welding,the columnar crystals are changed into equiaxed crystals at the centre of weld zone and the grain of fusion zone in U-TIG welding is refined and equiaxed.The porosities of joint decrease after the ultrasonic was applied on the arc.The mechanism of crystal grain refiaement is discussed in this paper and the reasons of porosity decrease in U-TIG welded joint may be due to the effect of acoustic streaming and cavitation,which need further research.     

不锈钢PA-GTA双面弧焊工艺特点分析

详细分析了不锈钢等离子弧(PA)-钨极氩弧(GTA)双面弧焊(DSAW)的工艺特点,该工艺可以增加熔深,减小焊后热变形,尤其适用于中厚板的焊接.当小孔效应建立后,PA-GTA双面弧焊过程中的电弧均得到了不同程度的压缩,两焊枪之间的电弧电压出现下降趋势,节省了能源.形成小孔后,电弧穿过工件从工件内部进行加热,提高了热效率.表面张力、电弧吹力和电磁搅拌力均有利于获得较大的熔深,浮力有利于增加焊缝中间部位的宽度.     

脉冲埋弧横焊工艺在石油储罐焊接中的应用

把横焊位置脉冲埋弧焊的熔池简化为在固体表面承受脉冲载荷的液态金属,分析了其横焊位置的受力情况,探索了脉冲埋弧横焊消除咬边的机理,熔池所受到的电磁力、熔滴冲击力以及表面张力都是随焊接电流的变化做周期性变化,这样的周期性变化有利于在填充焊和盖面焊中消除咬边.结果表明,脉冲埋弧横焊不仅可以利用脉冲峰值电流保证熔深,同时脉冲电流的震荡作用可以有效地消除咬边,拓宽了埋弧横焊的工艺参数范围.     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

逆变弧焊机电弧推力自适应控制系统

在焊接电流确定的条件下,引弧瞬间的焊机输出电压反映了焊接电缆长度、截面积以及连接情况等重要信息。本研究装置是基于MC68HC11单片机控制的逆变焊机电弧推力自适应的控制系统,首先通过对引弧瞬间焊机输出电压的实时检测,实现了电弧推力拐点电压随焊接电流及焊接电缆长度,截面积等改变而自动;然后通过对焊接电弧 实时检测与模糊处理控制焊机的输出电流,从而使MMA手工电弧焊的以推力控制具有很强的自适应能力。     

弧偏吹对埋弧焊接质量的影响和焊接工艺改进措施

为避免埋弧焊接过程中产生未熔合、未焊透和条状夹渣等危害性缺陷。提高埋弧焊接质量。探讨了直流弧焊电源埋弧焊接时弧偏吹现象的产生机理．分析阐述了埋弧焊接过程中条状缺陷的形成原因、弧偏吹产生的条件及弧偏吹对埋弧焊接质量的影响，并以此为指导。改进对接焊缝和熔透T形焊缝的埋弧焊接工艺。经推广应用．效果理想，经济效益显著。     

Closed-loop control of weld penetration in keyhole plasma arc welding

To improve the penetrating ability and the welding quality of keyhole plasma arc welding, a novel penetration closed-loop control system was established. In the system, welding current and plasma gas flow rate were selected as adjusting variables. The wavelet method was used to detect penetration status from welding arc voltage in real-time. The control strategy of one-keyhole-per-pulse was adapted to fulfill stable and high quality welding process. Experimental results show that the developed system can apparently increase the penetrating force of plasma arc and keyhole plasma arc welding is realized successfully in stainless steel with 10 mm in thickness. Moreover,the disturbances of gradual change and break change from 3mm to 6mm in thickness are come over due to the good response property of the developed system.