高效埋弧焊工艺及设备的研究进展

埋弧焊具有自动化程度高、焊接质量稳定、生产效率高、无弧光、烟尘少等优点,在制造业中得到广泛应用.在埋弧焊过程,电弧在焊剂覆盖的区域里燃烧,难以直接观察到焊接工艺过程,影响了埋弧焊工艺研究的深入.首先分析了国内外在埋弧焊熔滴过渡方面的研究进展,确认渣壁过渡是埋弧焊熔滴的主导过渡形态;在此基础上,分析了影响埋弧焊焊缝成形的主要因素,进一步总结分析国内外关于埋弧焊电流波形控制方面的研究成果,并探讨焊接电流波形对焊缝成形及质量的影响规律;最后,从控制技术与功率变换技术两大方面深入探讨了埋弧焊焊接电源的国内外发展状况.数字化控制技术的普及和基于第三代宽禁带半导体器件SiC MOSFET的功率变换技术的进步将进一步推动埋弧焊工艺及设备向高频化、绿色化和高效化方向发展.     

高效埋弧焊工艺及设备的研究进展

埋弧焊具有自动化程度高、焊接质量稳定、生产效率高、无弧光、烟尘少等优点,在制造业中得到广泛应用.在埋弧焊过程,电弧在焊剂覆盖的区域里燃烧,难以直接观察到焊接工艺过程,影响了埋弧焊工艺研究的深入.首先分析了国内外在埋弧焊熔滴过渡方面的研究进展,确认渣壁过渡是埋弧焊熔滴的主导过渡形态;在此基础上,分析了影响埋弧焊焊缝成形的主要因素,进一步总结分析国内外关于埋弧焊电流波形控制方面的研究成果,并探讨焊接电流波形对焊缝成形及质量的影响规律;最后,从控制技术与功率变换技术两大方面深入探讨了埋弧焊焊接电源的国内外发展状况.数字化控制技术的普及和基于第三代宽禁带半导体器件SiC MOSFET的功率变换技术的进步将进一步推动埋弧焊工艺及设备向高频化、绿色化和高效化方向发展.     

脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。     

新型波形控制CO2逆变焊机

CO_2气体保护焊具有成本低、效率高等特点,广泛应用于低碳钢和低合金中、薄板钢结构的焊接以及全位置焊接的场合。但是短路过渡CO_2焊接时飞溅过大和焊缝成形欠佳等问题,一直制约着它在生产中的应用和进一步发展。 电流波形控制的CO_2焊接是当今国内外焊接界为减少CO_2焊接时的飞溅,改善焊缝成形而探讨的一条新途径。该波形控制技术是根据CO_2焊     

基于小波消噪与LMD的埋弧焊交流方波电弧信息提取

埋弧焊交流方波电弧电信号存在畸变,影响焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量,针对于此,在对采集的埋弧焊交流方波电弧电流信号进行小波包降噪后,利用局部均值分解(local mean decomposition,LMD)对电弧电流信号进行自适应分解,获得若干个具有真实物理意义的PF(product function)分量,并对PF分量集进行Hilbert变换及能量熵计算。结果表明,利用小波消噪与LMD能有效得到埋弧焊交流方波电流波形畸变的不同频率成分及其幅值在时间特征尺度上的变化特征,在此基础上通过Hilbert变换及能量熵计算可以有效提取反映焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量的电弧特征信息。     

全数字大功率交流脉冲埋弧焊接电源

为改善埋弧焊的焊接质量,结合脉冲焊接和交流焊接两者优势,提出一种交流脉冲埋弧焊焊接方法,并研制了一台大功率交流脉冲埋弧焊接电源。功率变换电路采用双主电路并联设计,可实现1 250 A交流脉冲电流输出;主电路次级采用耦合电感结构,加快交流过零点速度并提高极性切换时的电弧稳定性;搭建了以STM32F405RGT6芯片为核心的数字化控制系统,通过多特性数字均流策略实现了双主电路的可靠均流和多种电流波形的平稳输出,采用分离式增量PID算法进一步提升动态响应性能。工艺试验结果表明,在同等的焊接条件和交流参数下,交流脉冲埋弧焊比交流方波埋弧焊可获得更深的熔深、更宽的熔宽以及更细化的焊缝晶粒。     

激光功率对CO2激光-MAG电弧复合焊电弧与熔滴行为的影响

采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像,利用电弧分析仪记录电弧信号,通过试验深入研究激光功率对CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas,MAG)电弧复合焊接的电弧形态、焊接稳定性、熔滴过渡频率的影响。研究表明,焊接电流的增加减小了实际热源间距,并且实际热源间距在2 mm附近效果最佳;带电粒子在主辅导电通道内的运动产生扰动或漂移、焊接模式的跳变和过渡模式的改变是电流、电压波形出现紊乱和尖角波形的主要原因;激光的加入降低了熔滴过渡频率和过渡稳定性;焊接电流为160A、180 A时,激光-电弧复合焊接的熔滴过渡频率均随着激光功率的增加而先减小后增大,但其过渡频率介于160 A和180 A电弧焊接时熔滴过渡频率之间。     

IGBT逆变弧焊电源CO2气体保护焊飞溅的波形控制

随着逆变焊机的发展和数字技术的应用,逆变CO2气体保护焊电源可通过调节焊接电源输出的电流与电压来控制熔滴过渡,改善焊缝成形,降低飞溅.根据熔滴过渡不同阶段的要求产生电流与电压控制信号,进行波形控制可实现调节短路电流上升速度,以减小短路峰值电流,降低短路爆炸能量;减少瞬时短路的次数;通过短路后期液桥颈缩电压上升率切断短路电流,消除电爆炸能量.以此有效减少CO2气体保护焊短路过渡产生的飞溅量,为低飞溅CO2气体保护焊的设计与实现提供有力保证.     

脉冲MAG焊后中值脉冲工艺研究

针对脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡过程的控制，提出后中值脉冲新工艺方法，分析了后中值电流及后中值时间对脉冲MAG焊接过程的影响规律。采用后中值脉冲工艺方法对低碳钢进行焊接工艺试验，确定了最佳的后中值电流和后中值时间。试验结果表明：后中值电流为一理想值范围时焊接效果较好，后中值电流太小或太大时焊接过程能稳定，但其焊接过程类似于无中值脉冲时的焊接过程，失去后中值脉冲工艺的意义；在确定了后中值电流为给定的理想值的基础上，后中值时间为一理想值范围时焊接效果较好，后中值时间太小或太大时焊接过程不稳定，会产生瞬时短路和断弧现象。合理地设置后中值电流和后中值时间，有利于控制熔滴过渡，实现一脉一滴过渡，获得的焊缝质量好、成形美观。     

CO2焊的波形控制法

用波形控制方法改善CO2焊焊接品质是当今国内外焊接界的热点课题,本文分析CO2焊飞溅产生及焊缝成形差的原因,叙述CO2短路过渡焊理想的电流电压波形,列举典型的波形控制法,最后对CO2焊波形控制法的发展前景做出展望。