Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding

The process characteristics of the synergic cold metal transfer (CMT) process have been examined for welding aluminium alloy. Utilising a simple backlighting system and through the arc monitoring the droplet transfer modes were identified. Whilst the modified short circuit mode was evident for the lower parameter range, a two part transfer mode based upon a combination of spray and short circuit transfer was observed for the mid to upper parameter range. The technology was also explored as a cladding process for applying to ternary alloyed (Al-Cu-Mg) aluminium plate. This alloy system is known to be susceptible to solidification cracking when MIG welded using the binary Al-2319 (Al-Cu) filler wire, this being due to the wide element freezing range of the weld resulting from mixing with the base material. Utilising this filler, weld dilution ratios for both CMT and pulsed welding were identified across the examined parameter range. The CMT process exhibited greater control of dilution that enabled deposition of a quasi-binary (Al-Cu) layer exhibiting a less crack susceptible composition. Onto this layer conventional MIG welding could be applied which could potentially eradicate cracking using a binary filler wire.     

高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺,其主弧为传统GMAW电弧. 填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路,交流脉冲预热电流流经该回路,产生电阻热并预热填充焊丝. 当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后,在液态金属作用下迅速熔化. 进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究,找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参数之间的匹配规律,实现了20 kg/h以上的熔敷速率. 分析了前述影响因子对熔敷效率的影响规律. 结果表明,热丝GMAW在提高熔敷速率和熔敷系数方面相对传统焊接工艺有明显优势,可以实现高熔敷率低热输入的工艺效果. 该工艺在高强钢大厚板焊接等领域具有广阔的应用前景.     

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.     

交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析

为了研究交流CMT焊接过程中的电弧形态及熔滴过渡过程,采用高速摄像技术结合焊接电参数采集系统,拍摄了清晰的交流CMT电弧及熔滴图像,同步采集了电参数的波形数据,将二者结合起来分析.结果表明,交流CMT电弧经历燃弧-形成熔滴-熄弧过程;正极性阶段焊丝端头电弧集中,工件表面电弧发散,形成"钟罩"形电弧;负极性阶段电弧有"上爬"现象,该现象会加速焊丝熔化;熔滴过渡经历冷-热-冷的转换,无缩颈形成;负极性阶段的焊丝熔化速度相对较快,熔滴过渡周期小于正极性阶段,熔滴直径比正极性阶段的略大.     

Optimisation of hybrid tandem metal active gas welding using Gaussian process regression

In this paper, an additional filler wire with opposite polarity was inserted in tandem flux cored arc welding process to increase the welding speed and deposition rate. In this hybrid welding, the optimisation of welding parameters is required to improve the bead geometry which directly indicates the welding quality. However, the correlation between the parameters and the bead geometry is hard to identify, so the process parameters are usually selected intuitively by the experienced engineers. Therefore, welding process modelling is constructed with the Gaussian process regression model, and parameter optimisation is performed with sequential quadratic programming optimisation algorithm. The proposed modelling optimisation process is verified by performing the welding experiment using the parameters that are optimised by the proposed process.     

激光液态填充焊的填材熔化与过渡稳定性

针对激光填丝焊过程中焊丝对入射激光能量的反射、匙孔不稳定等问题,提出了激光液态填充焊方法,采用电弧提前预熔焊丝,让填材以液态方式流入熔池中.分析了激光液态填充焊的熔化、过渡模式,以及工艺参数对过渡模式的影响规律.结果表明,在电弧热作用下焊丝有液桥过渡和滴状过渡两种模式,焊接电流较小时,焊丝的上部熔化,下部依然保持固态,形成稳定的液桥过渡;焊接电流较大时,焊丝端部全部熔化易回缩成球为滴状过渡,过渡稳定性变差.为改善滴状过渡的稳定性,可依靠间隙的毛细作用稳定流入熔池中.激光液态填充焊可降低对匙孔的冲击,提高匙孔的稳定性.     

一种冷丝填充速度的GABP优化算法

冷丝填充埋弧焊过程中,冷丝填充量是决定焊缝组织和性能的主要参数.通过大量的工艺试验研究了冷丝填充量对微观组织和力学性能的影响,利用焊接电弧热平衡规律建立了冷丝填充过程热量动态分配平衡方程,推导出了计算冷丝填充速度的关系式.采用人工神经网络实现了焊接电流、电弧电压、焊接速度与冷丝填充速度的非线性映射关系.结果表明,基于遗传算法的BP神经网络(BP neural network based on genet-ic algorithm,GABP)优化算法实现了冷丝填充埋弧焊过程的自适应控制,实际焊接冷丝填充速度与期望值之间的线性相关度达到0.991 88,表明该算法可以满足冷丝填充埋弧焊工艺及性能要求.     

旁路耦合电弧高速焊接工艺

为了实现传热、传质的解耦,提出了旁路耦合电弧焊接工艺(Arcing-wire PAW).介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成,利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集,结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置,使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化,焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长,保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.     

药芯焊丝电弧焊电弧形态与熔滴过渡行为的研究

基于数码照相技术研究了CO2保护气氛下,渣系和焊接参数对药芯焊丝电弧焊（FCAW）电弧形态和熔滴过渡行为的影响。研究发现,酸性及金属芯渣系药芯焊丝在所有焊接参数下电弧扩散角相差不大,碱性渣系药芯焊丝因药芯中含大量消电离元素,大焊接参数下电弧扩散角比其它两种渣系小;金属芯药芯焊丝大焊接参数下发生“半潜弧”,可见弧长显著缩短。随着焊接参数增大,酸性,碱性,金属芯药芯焊丝均依次出现如下熔滴过渡类型;短路过渡、大滴排斥过渡、细颗粒过渡,均未发生喷射过渡。     

铝合金P-MIG焊接电流对电弧形态的影响

通过对铝镁合金进行脉冲氩弧焊(P-MIG),在相同平均电流和平均电压工作条件下,调节不同峰值电流和基值电流,获得了不同的电弧形态.峰值电流对电弧形态有着重要的影响,而基值电流基本没有影响.基值电流是维持电弧燃烧的参数,在基值时间阶段,必须给定一个足够大的基值电流才能维持电弧的稳定燃烧.文中定义了电弧形态的表征值,针对电流对电弧形态表征值的影响进行了分析.峰值电流是决定电弧温度和脉冲能量的重要参数,铝合金电弧充分燃烧时电弧长度、电弧宽度和电弧纵向截面面积随着峰值电流增加而增加.

Abstract：

Under the same average welding current and welding voltage, by regulating the different based current and peak current, the Al-Mg alloy was welded with Al-Mg filler wire. The photos of welding arc were obtained by using high-speed video photography.Peak current has great influence on the shape and characteristics of the arc. With increasing the peak cunent value, rotated arc appears and pulsed rotated metal transfer behavior occurs. Based current has little influence on the arc shape. Base current is the important parameter for keeping arc burning. At pulse off time, it must be given base current value which is large enough to keep the arc burning stably. In this study, the arc shape is defined by arc length, arc width and arc portrait cross-section area, which will be influenced by the weld current. Peak current is important parameter of arc temperature and pulse energy. The study shows that when the arc is burning at pulse on time, the arc length, arc width and arc pomait cross-section area increase with raising peak current.     

Synthetically quantitative evaluation function of characteristic parameters on CO_2 arc welding process

0　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣＯ2 ｓｈｉｅｌｄｅｄａｒｃｗｅｌｄｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｈｉｇｈｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ,ｌｏｗｅｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄａｎｔｉ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ,ｂｕｔｉｔｈａｓｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｓｏｆｔｏｏｍｕｃｈｓｐａｔｔｅｒｉｎｇａｎｄｕｎｓａｔｉｓｆｙｉｎｇｗｅｌｄｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈａｔｒｅｓｔｒａｉｎｉｔｓｆｕｒｔｈｅｒｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ .…     

钛型气保护药芯焊丝焊接参数的选择与应用

分析了气保护药芯焊丝熔滴过渡形态类型和主导力,探讨了焊接参数与熔滴过渡形态的关系及焊接参数的选择原则与工程应用。结果表明,该类焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡。在正常范围内,焊接电流不改变熔滴过渡形态,但偏低的电弧电压能导致熔滴过渡形态改变;焊接电流和电弧电压的合理匹配是获得满意工艺性的决定因素。焊丝焊接参数选择的“合于使用”原则,强调适合于施工现场使用的焊接参数特征。焊丝的工程应用表明,大电流、强规范（含高的电弧电压）是该类焊丝主流过渡形态的技术参数特征,短路过渡不应成为该工艺的主要过渡形态。     

磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺分析

在设计一种工程实用性强、小型化的纵向磁场发生装置的基础上,将纵向磁场引入到98％Ar＋2％O2保护的射流过渡MAG焊中,提出了一种稳定、可控、有规律的磁致旋转射流过渡MAG焊接工艺,并详细研究了励磁电流（磁场强度）对电弧形态及运动行为、焊丝熔化特性、熔滴过渡机制和焊缝成形的影响规律,同时指出了该工艺的不足之处一纵向磁场在抑制指状熔深的同时却形成了偏心焊缝。结果表明,外加纵向磁场后,MAG焊电弧、液锥和液流束都偏离焊丝轴线并高速旋转,熔滴过渡虽然偏离了焊丝轴线,但仍在电弧烁亮区内部进行;随着励磁电流的增大,电弧旋转角速度增加,可见弧长缩短,熔滴过渡速度加快,焊接电流减小,焊丝熔化系数提高。     

镁合金激光氩弧复合热源冷填丝焊接工艺

研究了镁合金的低功率激光-氩弧复合热源冷填丝焊接工艺.通过5 mm厚镁合金板材的堆焊试验,研究了焊接电流、焊接速度、钨极高度和热源距离等参数对焊缝成形和焊接熔深的影响,确定了钨极高度为0.75 mm,热源间距DLA为1.2 mm左右的焊接参数范围;在堆焊基础上,进行了2.5 mm厚镁合金板材的对焊试验,实现了单面焊双面成形,焊接速度达1 200 mm/min,焊接接头熔深为单TIG冷填丝接头熔深的两倍,抗拉强度达到母材的95%左右,实现了高速、优质的镁合金冷填丝焊接.另外,简要分析了激光的加入对焊接过程的影响.     

空心钨极同轴填丝焊空间热场分布特征

利用理论建模与试验相结合的方法,系统研究了空心钨极同轴送丝焊接过程中焊丝熔化热量的来源. 结果表明,基于磁流体力学的理论模型分析结果和实际情况高度吻合;在高温电弧热辐射及钨极热传导共同作用下,钨极内孔形成的梯度式高温区会对焊丝起到一定的预热作用;环状空心钨极电弧中轴线上近几何中心区域的温度最高,焊接电流400 A时温度高达13 700 K;熔滴与液态熔池接触后电势相等,在最小电压原理作用下,部分高温电弧的阳极作用区会由液态熔池转变至焊丝表面,同时部分焊接电流会从焊丝流过,形成的电阻热也是高效熔丝的主要原因之一;熔滴过渡分析结果表明空心钨极同轴填丝焊接具有较高的工艺稳定性,是一种极具发展前景的焊接新方法.     

2060铝锂合金扫描填丝焊接工艺

针对铝锂合金焊后易产生气孔、抗拉强度低的缺点，提出“∞”形激光扫描填丝焊接工艺方法，以2 mm厚2060铝锂合金为研究对象开展对接焊接试验研究，探究激光扫描填丝焊接方法对铝锂合金焊接缺陷抑制作用. 借助高速相机摄像系统，探究了激光扫描填丝焊接工艺下熔池的动态演变过程，同时探究了扫描参数对焊缝气孔的影响规律及扫描填丝工艺对气孔的抑制机理. 采用曲面响应统计方法探究工艺参数对抗拉强度的影响，并给出工艺参数组合与抗拉强度的定量关系及最优参数组合，焊接接头最大抗拉强度可达382 MPa，为母材的76.4%. 结果表明，“∞”形激光扫描填丝焊接工艺下熔池流动平稳，小孔喷发强度较弱且呈现出周期性；“∞”形激光扫描填丝焊接工艺可以有效抑制焊缝气孔，提高铝锂合金焊接质量.     

Study on ac-PMIG welding of AZ31B magnesium alloy

Abstract

Welding of AZ31B magnesium alloy is carried out using alternating current pulsed metal inert gas (ac-PMIG) welding with 1·6 mm diameter of filler wire. Typical current waveform is used to make sure arc given an accurate energy input into filler wire. The arc characteristics, metal transfer forms, microstructure and mechanical property of ac-PMIG welding of AZ31B magnesium are investigated. The results show that a stable welding procedure and continuous joints can be obtained easily under a wide range of welding parameters. The most important factors for ac-PMIG welding are negative electrode (EN) ratio and pulse rework current, which give an accurate energy input into filler wire. The grain in fusion zone is much finer and more uniform, and grain size does not grow significantly in the heat affected zone compared with base metal. The average ultimate tensile strength of weld beads is 97·2% of base metal.     

CO2焊接过程熔滴过渡频率的Fuzzy/PID控制

在单片机控制ＩＧＢＴ逆变电源的基础上,建立ＣＯ２焊接过程熔滴过渡频率的Ｆｕｚｚｙ／ＰＩＤ控制系统,并对其系统结构、控制原理和控制算法进行了描述。本系统通过调节波形参数从而改变燃弧时间来控制熔滴守渡的频率,当熔滴过渡频率的误差较大时,采用Ｆｕｚｚｙ控制方法,而在误差较小时采用控制方法。本系统还在Ｆｕｚｚｙ控制过程中引入了控制参数自学习功能,保证了不同焊接规范时控制系统的动态响应和静态精度。焊接试验表     

TIG-MIG间接电弧焊工艺

经过对传统的TIG焊接系统进行改造,使电弧在钨极和焊丝之间产生并稳定燃烧,建立了TIG-MIG间接电弧焊系统.以30CrMnSi为母材,CuSi3为焊丝,进行了TIG-MIG间接电弧堆焊试验.通过改变焊接工艺参数,分析了焊接电流和送丝速度对焊接稳定性的影响,分析了钎剂、焊接电流、焊接速度、焊枪距工件表面高度对接头成形的影响.结果表明,TIG-MIG间接电弧焊工艺可以在明显提高焊丝熔覆率的同时降低工件的热输入,减小熔覆合金与工件的互溶,抑制有害的泛铁现象,拓展了电弧焊的应用.     

自保护药芯焊丝焊接工艺参数的敏感性分析

自保护药芯焊丝是一种适合于野外作业的焊接材料,广泛应用于船舶、钻井平台、石油管道、集装箱等结构件焊接及修复. 采用自保护药芯焊丝在Q235钢板表面进行单层单道平板堆焊试验,运用二次回归通用旋转组合设计方法建立了电弧电压、送丝速度、焊接速度与熔宽、余高、熔高的二次回归数学模型,分析了工艺参数与熔敷几何尺寸的关系. 结果表明,该模型能够预测稳定工艺区间内工艺参数变化对熔敷层几何尺寸的影响规律;当电压较低时,送丝速度是影响熔宽和余高的主要因素,电压较高时,焊接速度是影响熔宽和余高的主要因素.