局部干法横焊排水罩内流场数值模拟

针对局部干法横向焊接条件,建立排水罩数值模型,对罩内流场进行分析,并进行实验验证。模拟结果表明:随着进气压力的增大,排水效果逐渐变好,但是压力增大到一定程度后,进气压力再增大,排水效果也不会进一步变好。进气气压力小于0.05 MPa时,无法把水完全排干,同时过程中会有外界水的回流现象,气体压力大于0.05 MPa时,可以基本消除这一现象。排水气在罩内产生了一个自下而上的层流流场,气体的流速随压力的增大而增大,越接近母材,该流场速度越大,可以对横焊熔池起到支托作用。最后实验表明:采用较小的气压就能实现排水的目的,排水后罩内环境相对干燥,排水罩内气体流动方式与模拟结果吻合。这为下一步开展局部干法横焊实验提供良好的基础。     

基于人耳听觉模型的MIG焊熔滴过渡状态识别

针对强噪声干扰下熔化极惰性气体保护焊(Melt inert-gas,MIG)的熔滴过渡状态识别问题,提出一种基于人耳听觉模型的电弧声熔滴过渡状态识别算法。采用外耳和中耳传递函数对电弧声信号进行变换,模拟耳蜗的功能对变换后的电弧声信号进行频率分解,并求分解后各频带内信号的响度功率,根据不同频带的响度功率构建电弧声的特征矢量,采用支持向量机根据获得的特征矢量实现熔滴过渡状态的识别。试验结果表明,该算法可以很好地抑制由于焊接电流的低频变化引起的电弧声低频波动,对熔滴过渡状态的识别率达到了98%以上。为了验证算法的抗噪声干扰能力,在原始信号的基础上,分别施加了不同信噪比的白噪声和环境噪声,结果表明,所提出的算法具有优良的抗噪声干扰能力,从而为焊接质量在线监控提供了一种新方法。     

旋转电弧横向焊接及侧向风场对其焊缝成形影响的试验研究

局部干法横向焊接在海洋工程装备制造中具有潜在的应用价值,然而,受重力的影响,横向焊接时熔融金属向下流动,造成焊缝下塌,严重影响了焊接质量。通过试验研究了横向焊接时焊缝下塌随焊接电流、电压等工艺参数的变化规律。在此基础上,研究了侧向风场作用下旋转电弧横向焊接的焊缝成形质量。结果表明:横向焊接时焊缝下塌程度随焊接电流的增加明显变大,受焊接电压的影响较小。旋转电弧横焊可以获得较为一致的熔深,并在一定程度上减小焊缝下塌,其温度场分布也比普通横焊时均匀。侧向风场对抑制焊缝下塌具有明显的作用,但也会引起焊缝成形的不稳定,如何合理控制电弧区域的风场是局部干法焊接的关键。研究结果为实现局部干法水下横焊的熔池控制提供了基础。     

局部干法环境下GMAW横向焊接熔滴过渡特性

提出了一种水下结构件局部干法横向焊接方法,该方法通过对排水罩结构进行设计,使高压气体在排水的同时在排水罩内部形成向上流动的风场,利用风场对熔池的吹袭作用来抑制熔池下淌. 采用高速摄像技术研究了在侧向风场作用下GMAW焊的熔滴过渡特性. 结果表明,在短路过渡状态下,由于受到侧向风场的影响,更容易发生B型短路过渡. 在滴状过渡时,由于熔滴体积较大,侧向风场的支托作用不明显,熔滴沿焊丝倾斜向下过渡到熔池中. 在射流过渡时,侧向风场对电弧的影响较小,使熔滴略微向上偏斜,有助于减小熔池下淌程度,获得较好的焊缝成形质量. 研究结果对于水下结构件横向焊接质量控制有一定的参考价值.     

旋转电弧焊接熔池温度场与流场数值模拟

建立了旋转电弧焊接热源模型,综合考虑了电磁力、熔滴冲击力、表面张力、电弧压力、浮力等外界作用,对旋转电弧焊接条件下的熔池温度场和流场进行了数值模拟。模拟结果表明,电弧不旋转焊接时,在熔池的上部,铁水由熔池中心向熔池边缘流动,流场和温度场在焊缝的横截面上均呈现出对称分布的特征;在熔池的下部,铁水由熔池边缘向熔池中心流动,这种流动导致了指状熔深的产生。旋转电弧焊接时,在熔池中产生了一个绕着电极轴线逆时针运动的涡状流动,熔池的流场和温度场在焊缝的横截面上不再对称;在熔池的下部,则没有出现铁水由熔池边缘向熔池中心流动的情况,与普通焊接相比,熔池的熔宽变大,熔深变小。