双丝焊协同模式电弧特性研究

利用高速摄像、电信号采集系统记录了Fornius CMT TWIN设备四种协同模式下焊接5083铝合金时双丝焊接电流电压波形和熔滴过渡过程,并分析了电流电压波形的特征、弧长变化规律和熔滴过渡方式。结果表明,双脉冲模式时,前后丝脉冲段时间一致,脉冲频率主要由维弧段时间决定,熔滴过渡以射滴过渡为主;双CMT模式时,前丝由较长时间的类脉冲波段和较短时间的类CMT波段组成,熔滴过渡分别为射流过渡和短路过渡,后丝完全以CMT方式过渡,熔滴过渡以短路过渡为主;前丝脉冲+后丝CMT或前丝CMT+后丝脉冲混合模式中,CMT波形未发生变化,而脉冲波形的电流和电压产生波动。电流电压变化和熔滴过渡是造成弧长变化的重要影响因素。前丝脉冲模式时焊缝熔深和熔宽大,而后丝CMT模式时焊缝余高大。     

环保焊枪吸烟对小电流CO2气体保护电弧焊的影响

采用环保焊枪进行了小电流二氧化碳气体保护电弧焊平焊位置焊接,通过分析焊接过程中电弧形貌、电流电压和熔滴过渡方式变化以及焊缝成形、焊缝金属拉伸力学性能和X射线探伤结果,评估了吸烟功率变化时的吸烟效果以及吸烟行为对于焊接过程和焊缝质量的影响规律. 结果表明,使用环保焊枪可以显著降低小电流二氧化碳气体保护电弧焊时飘散在周围空间中的焊接烟尘. 吸烟过程虽然使得短路过渡熔滴频率略有增加,悬挂熔滴和电弧的稳定性略为变差,但对焊缝成形和焊接缺陷都无影响,焊缝金属屈服强度略有减小,抗拉强度略有增加.     

双电弧集成冷丝复合焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

试验搭建了双电弧集成冷丝复合焊系统,研究了不同电参数匹配下的焊接过程. 结果表明,两熔化电极在直流模式下的熔滴过渡类型分为三种:短路过渡、短路+大滴过渡和大滴过渡. 当电弧电压较低时,过渡类型为短路过渡;随着电压逐渐增加,过渡类型从短路过渡变为短路+大滴的混合型过渡,最终完全变为大滴过渡. 其中短路过渡时焊接过程最稳定,飞溅最少,焊缝成形较好. 大滴过渡次之,而短路+大滴混合型过渡时焊接过程稳定性及焊缝成形最差. 此外,随着电弧电压的增加,熔滴的过渡频率呈先减小后增加的趋势.     

窄坡口MAG焊摆动宽度对电弧行为特性的影响

以窄坡口焊枪摆动数学模型和焊丝熔化模型为基础,建立窄坡口MAG焊枪摆动系统的电弧长度数学模型。进行射流过渡和短路过渡条件下不同焊枪摆动宽度的焊接试验。通过高速摄像系统得到电弧和熔滴图像,分析焊枪摆动宽度对电弧和熔滴过渡的影响。利用建立的数学模型模拟电流、电压和弧长随时间变化的规律,对焊枪摆动宽度为3 mm时的短路过渡焊接试验中的电弧和熔滴现象进行理论解释。研究发现,在侧间距(焊丝到侧壁的距离)为0~0.5 mm时,电弧燃烧稳定,熔滴过渡平稳,焊缝质量良好。     

极性对细直径自保护药芯焊丝CMT下熔滴过渡及焊缝成形的影响

自保护药芯焊丝广泛应用在野外焊接及修复领域中,其中在野外薄壁管道的焊接中,减少母材热输入,保证焊接质量具有重要意义. 因此探索了适用于野外薄壁管道焊接的细直径自保护药芯焊丝CMT技术,利用电信号采集系统和高速摄影系统,对比分析了不同极性下的熔滴过渡过程. 结果表明,在不同极性下,熔滴过渡表现为混合过渡模式. 在直流反接条件下,峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为大滴排斥过渡. 在直流正接条件下时,峰值阶段下的熔滴过渡模式主要表现为射滴过渡,相比于直流反接条件,焊缝的熔深较浅,余高较高,熔宽较宽. 焊接参数的增大,并未改变熔滴过渡的模式. 爆炸型焊接飞溅主要出现在直流正接条件下的短路阶段中. 排斥型飞溅主要出现在直流反接条件下的峰值阶段中.     

外加纵向磁场对CO_2焊短路过渡频率的影响

针对CO2气体保护焊熔滴短路过渡时飞溅大,短路过渡频率不稳定的特点,引入与焊枪同轴的直流外加纵向磁场对熔滴短路过渡过程进行控制.通过AH-XIX型汉诺威焊接质量分析仪对不同规范焊接参数和不同磁感应强度下施焊时电弧信号的采样,实验得出当磁感应强度在一定范围时,电弧信号稳定,短路频率十分均匀且偏高.讨论了外加纵向磁场改善电弧形态和熔滴短路过渡的受力方式对过渡频率的影响.     

CO2气体保护焊短路过渡与电弧电压关系的研究

针对CO2短路过渡气体保护焊过程中的飞溅问题,通过焊接质量分析仪采集电压、电流动态信息,找到与飞溅相关的熔滴缩颈、熔滴短路和熔滴小桥爆断时刻的标志信息,为短路过渡气保焊过程在线监控提供高品质的信息源.     

SAF2507超级双相不锈钢CMT+P熔滴过渡特性

采用焊接电信号采集系统与高速摄像系统对SAF2507超级双相不锈钢CMT + P(冷金属过渡 + 脉冲)熔滴过渡过程进行观测研究. 分析了CMT与CMT + P过程在不同送丝速度WFS下的熔滴过渡行为、波形变化机理与能量输入特征,揭示了CMT + P熔滴过渡特性. 结果表明:CMT + P实际波形图与理论上有多处不同;熔滴形状与尺寸、过渡形式、熔池的波动状态、焊丝端部到工件的距离及飞溅等都能影响电压的波动,电压波形图可以用来指导分析熔滴过渡行为;脉冲阶段对热输入起主要影响作用,调节脉冲峰值电流、脉冲基值电流、脉冲个数,可实现热输入的控制.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

CO_2气体保护焊电弧稳定性评价指标研究

本试验采用汉诺威焊接质量分析仪对电弧电压和焊接电流信号进行采集,并自动生成电压电流波形图、电弧电压和焊接电流的概率密度分布图(PDD图)及短路时间、燃弧时间、加权燃弧时间、短路周期的频次分布图(CFD图),并分析电弧过程的电特性,找到熔滴过渡以及焊缝成形的主要影响因素。结果表明:电弧电压和电流对短路过渡有明显影响。电弧电压影响电弧稳定性、飞溅大小、焊缝熔宽等。电压偏低,过渡过程不稳定,飞溅较大;电压偏高,将会出现混合过渡;当电弧电压在18V时,电弧稳定性较好。焊接电流影响焊丝熔化速度、过渡频率、飞溅大小、焊缝质量等。电流偏低,出现断弧现象,焊缝成形差;电流过高,飞溅大,电弧不稳定,出现无效短路;焊接电流在160 A左右焊接电弧较稳定,飞溅少,焊缝成形好。     

DP590镀锌双相钢CMT焊接接头显微组织及力学性能

针对汽车制造中薄板焊接质量问题及鉴于汽车行业对镀锌双相钢的大量需求,在弧长修正系数为0,送丝速度为3.0 m/min,焊接速度为400 mm/min的焊接工艺参数下,对1.0 mm厚的DP590镀锌双相钢进行了CMT搭接焊试验,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜与维氏硬度计等设备研究了焊接接头的显微组织与力学性能。试验结果表明,CMT焊接DP590镀锌钢能够得到成形良好的焊接接头。焊缝组织主要为板条马氏体,粗晶区由板条马氏体和少量铁素体组成,细晶区组织多为马氏体及少量贝氏体,不完全相变区中的铁素体含量增加,马氏体含量减少;焊接接头拉伸试验断裂位置在不完全相变区,属于塑性断裂,最大载荷为10.48 kN,与母材接近。焊缝平均硬度值最高,约为260 HV,不完全相变区显微硬度值最低,约为170 HV。该研究为DP590镀锌双相钢薄板CMT焊接提供工艺参考,对汽车轻量化生产制造具有重要的工程意义。 创新点： (1)针对汽车用钢薄板焊接的难点,提出具有低热输入焊接特点的CMT工艺。 (2)研究DP590镀锌双相钢CMT焊接接头显微组织及力学性能,研究结果可为工厂实际生产提供理论依据与数据支持。     

Analysis of arc voltage,current, and light signals in pulsed gas metal arc welding of aluminium

Abstract

The use of readily acquired weld arc data such as voltage, current, or light emissions to identify droplet transfer events or transfer mode, or for quality purposes such as seam tracking is of interest for thin section applications in arc welding of aluminium. In the present study, voltage, current, and light emission signals are acquired at high rates, and synchronised with high speed shadowgraphing. The usefulness of the various signals for identifying droplet detachment events and transfer modes during pulsed gas metal arc welding of aluminium is compared. It is found that individual droplet detachments are consistently identifiable during globular, spray, and streaming transfer, and during peak and background current detachment, using the voltage signal. Although the arc light signal also contains droplet detachment data, it is difficult to identify droplet detachments occurring during the background phase at low background current levels. Preliminary measurements show that these signals can also be used for seam location in thin section lap fillet welding.     

CO2气体保护焊熔滴短路过渡特性的研究现状与展望

对熔滴短路过渡CO2气体保护焊的熔滴短路过渡特性、焊接飞溅产生机理、控制熔漓过渡减小飞溅所采取的措施以及电弧信号的采集、分析处理方法、弧焊过程质量评价技术等几个方面的研究应用现状与发展趋势进行了较为全面深入的分析,为短路过渡CO2气体保护焊进一步研究应用具有一定的指导意义。     

Self-adjusting dynamic characteristics of pulsed MIG welding for aluminum alloys

Pulsed MIG welding is suitable for aluminum alloys welding, because spray transfer and excellent profile can be arrived during whole welding current range, and the energy of droplet can be controlled to overcome losing of alloy elements with lower melting and steam point by controlling pulse current and pulse time. Because of the special physic properties of aluminum alloys, there are different requirements for pulsed MIG welding between starting arc short circuit and drop transfer short circuit, pulse period and base period. In order to satisfy the need of aluminum alloys MIG welding, self-adjusting dynamic characteristics are designed to output different dynamic characteristics in different welding startes. The self-adjusting dynamic characteristics of pulsed MIG welding are achieved through a short circuit controller and a dynamic electronic inductor. The welding machine(AL-MIG 350) with self-adjusting dynamic characteristics has a high rate of successfully starting arc up to 96%, and the short circuit time during transfer is less than 1ms, in the mean time, the arc is stiffness, spatter is low and weld appearance is good.     

外加同步磁场对短路过渡CO2焊接过程的影响

短路过渡CO₂气体保护焊由于低成本、高效率、便于实现全位置焊接,广泛应用在工业制造领域,但是在焊接过程中,特别是在较高的焊接电流下,存在许多诸如飞溅,成形差,过渡过程不稳定等问题. 文中提出了一种通过施加同步磁场来改善焊接中存在的问题的新方法. 研究了不同类型的燃弧段同步磁场对焊接过程的影响. 用激光作为背光,采用高速摄像系统拍摄焊接过程,观察熔滴过渡过程,计算熔滴的大小和过渡频率等. 结果表明,在纵向同步磁场的作用下,可以有效地减少燃弧时间;施加同步磁场后,熔滴过渡频率范围都得到不同程度的缩小,熔滴过渡过程更稳定,并且在纵向磁场I_m(LMF) = 200 A时,熔滴的过渡频率大幅增加;磁场作用下,带尖角的熔滴变为圆润无尖角的球形或椭球的熔滴,熔滴的尺寸减小.     

CO2半短路过渡焊电弧电压自寻优智能控制

针对细丝短路过渡焊,采用以实现最高短路过渡频率为目标的自寻优模糊控制,可以使电弧电压与唯一设定值焊接电流形成优化匹配获得最高短路过渡频率,达到稳定熔滴过渡、减少飞溅和改善成形的目的.但试验发现这一控制策略用于半短路过渡焊,则无论电流选多大,电弧电压常维持在20V左右,所焊焊缝熔宽窄,余高大,熔深浅.显然,对于半短路过渡焊的电弧电压仍采用以实现最高短路过渡频率为寻优目标的控制策略是不够全面的.针对这一情况,研制了一种以可编程控制器(PLC)为核心器件,通过自主开发软件自动实现对半短路过渡焊电弧电压寻优的智能控制.系统以实现较高短路频率和较长燃弧占空比为复合寻优目标,对电弧电压进行优选法和变步长法分段自寻优,寻优后的电弧电压与设定的焊接电流形成优化匹配,获得稳定的半短路过渡过程.     

镀锌钢板CMT铜钎焊焊接缺陷敏感性研究

针对汽车镀锌钢板CMT铜钎焊焊缝缺陷的敏感性问题,采用1.5 mm厚镀锌钢板搭接焊接的方法进行试验,主要以润湿性、焊接过程中是否存在飞溅、焊缝成形和镀锌层烧损情况作为评价铜钎焊焊接缺陷敏感性的指标,得到试验条件下缺陷敏感性较小时的工艺窗口:镀锌钢板搭接间隙为0~1 mm、电流为125~152 A时能获得合格的焊缝。通过改变点焊后不同气体保护时间确定焊缝表面变黑是由于焊缝在高温下被氧化生成氧化铜。