等离子体发生器的数值模拟方法

根据流体质量、动量及能量守恒方程和麦克斯韦方程组建立等离子体发生器的数学模型,包含一部分钨极以避免对阴极电流密度分布的假设,根据平均有效粘性系数与动力粘性系数之比判断等离子电弧所处的流动状态,用ANSYS有限元分析软件进行求解,得到不同类型的等离子体发生器所产生的等离子电弧的温度和速度分布,研究喷嘴尺寸、电极形状和等离子电弧类型等对等离子电弧特性的影响。结果表明,大孔道比的喷嘴产生的电弧温度更高,速度更大,孔道比甚至会改变等离子电弧的流动状态;与锥形电极的电弧在电极端部取得温度最大值不同,球形电极的电弧在约束喷嘴端口处得到温度最大值;转移型电弧比非转移型电弧具有更高的温度和速度。研究结果对等离子体发生器的数值模拟法研制具有重要的参考意义。     

基于空间等距线的焊接机器人轨迹优化

针对球管相贯焊缝焊接机器人多道多层焊接中示教时间过长的问题,开展了等距线法机器人焊接轨迹规划的研究,提出了一种基于B样条空间等距线的轨迹优化方法. 在机器人轨迹规划中,将前一道机器人焊接时局部修改过的轨迹投影到理论轨迹的拟合平面,将拟合平面上计算得到的投影曲线法向量作为求解下一道等距线轨迹的实际轨迹法向量;在指定端点切矢条件下,利用最小二乘法生成B样条曲线以逼近等距线,利用等距线生成机器人运动轨迹,从而有效地减少示教时间. 结果表明,利用该方法得到的机器人焊接轨迹能够满足球管相贯焊缝焊接要求.     

矩形波直流脉冲TIG焊电弧稳定性的研究

矩形波直流脉冲TIG焊小电流焊接薄板时,电弧稳定性是一个关键问题。本文利用计算机快速采集数据的光电光谱法和100MHz高频示波器对脉冲TIG焊电弧的动态过程进行了系统的测试研究。找到了脉冲电弧稳定性的评定方法及其影响因素。提出了控制脉冲TIG焊电弧的稳定性措施及高频氩氮电弧焊新工艺。     

三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟.研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化.并与高斯热源条件下的模拟结果做比较.最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较.     

等离子弧焊电弧的数值模拟

建立了等离子弧焊静止电弧的三维有限元数学模型,考虑等离子气、保护气的作用,利用ANSYS有限元分析软件对电弧的温度场、速度场、压力以及阳极工件表面的电流密度等进行了数值模拟,并与TIG焊进行了比较.结果表明,由于喷嘴的约束作用,等离子弧焊与TIG焊相比,电弧温度显著提高,焊接电流为150 A时电弧最高温度达到30 000 K.等离子弧焊的另一个显著特点是等离子体流速和电弧压力显著增大.通过计算马赫数、有效粘度和动力粘度之比,认为等离子体电弧处于层流不可压缩状态.     

丝材+电弧增材制造钛/铝异种金属反应层的研究

分别利用直流冷金属过渡(CMT)和变极性CMT脉冲复合技术进行TC4和ER2319焊丝的堆积,实现钛/铝异种金属丝材+电弧增材制造,通过高速摄像及电信号采集系统进行电弧形态、熔滴过渡以及电流/电压信号的采集分析;利用OM、SEM、TEM、EDS、硬度实验以及拉伸实验等方法对钛/铝异种金属构件的微观组织与力学性能进行分析。结果表明,变极性CMT脉冲复合堆积铝合金过程包括正极性脉冲阶段和负极性CMT阶段。在正极性脉冲阶段,电弧集中且热输入较大;在变极性CMT阶段,热输入较小且对构件具有明显的冷却效果。钛/铝异种金属构件的反应层包括过渡层和界面层,Ti Al3界面层的厚度约为10μm。在界面层存在微裂纹;反应层的硬度介于钛合金和铝合金之间;钛/铝异种金属构件的平均抗拉强度为65 MPa,所有拉伸试样均在界面层断裂,断裂方式均具有脆性断裂的特征。     

等离子弧焊中电弧反翘现象的数值模拟

根据流体的质量、动量、能量守恒方程,建立了穿孔等离子弧焊接过程中的等离子电弧三维数学模型,用磁矢量法求解磁场问题.模型包括了一部分喷嘴和钨阴极,小孔也被包含进模型中.利用ANSYS有限元分析软件求解模型,得到等离子电弧的温度分布,以研究等离子弧焊中电弧反翘现象.结果表明,等离子电弧反翘随小孔尺寸的增大而减弱,电弧尾焰随小孔尺寸的增大而增强;而适当的增加焊接速度以使小孔轴线与电弧轴线之间形成一定的偏差是形成等离子电弧反翘现象的必要条件;焊接电流主要是通过改变小孔尺寸而对电弧反翘产生影响.     

自适应中值滤波在焊缝视觉跟踪中的应用

焊缝图像的滤波去噪是焊缝图像处理的第一步,也是实现焊缝视觉跟踪的一个重要环节.针对传统中值滤波存在的问题,分析了影响中值滤波效果的因素,引入并编程实现了焊缝图像的自适应中值滤波算法.与传统的滤波去噪效果相比,自适应中值滤波算法可以更为有效地去除焊缝图像中的噪声.特别是对于大噪声的焊缝图像,去噪效果远远好于传统的中值滤波...     

铝合金电阻点焊的形核特点

在铝合金的电阻点焊过程中，由于接触电阻具有随机性和分布不连续的特征，而且铝合金材料本身具有优良的导电、导热能力，这使得其点焊的形核过程具有独特的特点。文中采用数值模拟与试验研究相结合的方法对铝合金点焊形核过程进行了分析研究。研究结果表明，铝合金点焊的形核过程与低碳钢等材料的形核过程显著不同，它可以分为以下三个阶段：随机形核阶段、扩展融合阶段和熔核增厚阶段。文中详细介绍了每个阶段的特点和规律。特别是在工频交流焊接的情况下，前两个阶段一般在第一个半波内就已经完成，因此第一个半波对铝合金点焊的焊接质量起着决定性作用。结合这些特点和规律对铝合金点焊的控制提出了一些有价值的建议。     

单片机控制脉冲等离子弧焊接系统的研制

为进行脉冲等离子弧焊接的研究，在实验室现有的直流等离子弧焊接系统的基础上引入单片机控制系统，对焊接电源的原给定控制电路进行改造，实现了焊接电流的脉冲控制。同时设计了单片机控制系统的键盘输入、LED显示等外围扩展电路。