基于Fluent的GMAW焊接熔滴过渡过程的动态模拟

利用计算流体力学商业软件Fluent模拟熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的熔滴脉冲过渡中一脉一滴和两脉一滴的过渡形式.建立了基于流体动力学和电磁理论的熔滴过渡的数学模型,模拟了熔滴形成、长大和脱落的过程.同时进行同等参数下的焊接试验,利用高速摄像系统拍摄了熔滴过渡的动态过程.结果表明,模拟结果与试验结果吻合.熔滴一脉一滴的过渡形式主要受焊接电流的影响,利用模拟的方法可以大致给出范围,指导焊接试验,从而减少试验量.     

GMAW焊接熔滴过渡动态过程的数值分析

以流体动力学、电磁理论及VOF方法为基础建立了熔滴过渡的动态模拟模型,模型中考虑电磁收缩力、表面张力、等离子流力的影响．利用建立的模型模拟了熔滴的形成、长大及脱离过程,计算了电流对过渡熔滴尺寸及频率的影响,计算结果与实验结果吻合较好．计算了不同阶段的熔滴中的流场,并利用计算的流场分析了熔滴的脱离机制。     

DE-GMAW焊接熔滴过渡过程模拟研究

焊接熔滴的过渡方式以及工艺参数对于焊缝质量起着主导作用。以流体力学和电磁理论为基础,通过VOF模型对熔滴界面追踪,考虑了熔滴的等离子流拉力、表面张力,建立了DE-GMAW熔滴过渡行为的数学物理模型,并对模型进行了求解。将模拟的熔滴脱落时间、尺寸与实验结果进行了验证对比,结果吻合良好;模拟研究表明,随着旁路电流的增加,熔滴的过渡方式逐渐发生变化,熔滴过渡时间缩短,熔滴尺寸减小。入口速度(送丝速度)对于熔滴的等效直径和脱落时间有较大的影响,在旁路电流不变时,可适当地通过控制入口速度调整熔滴的等效直径与脱落时间。     

GMAW熔滴过渡数值模拟的研究进展

熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟作为焊接学科的前沿领域和研究的热点之一，近年来已经取得了较大的进展。本文在综述了熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟理论发展的基础上，详细的分析了目前最为广泛用于熔滴过渡数值模拟的流体动力学理论建模的关键技术，并展望了未来的发展趋势。     

GMAW熔滴过渡数值模拟的研究进展

熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟作为焊接学科的前沿领域和研究的热点之一,近年来已经取得了较大的进展。本文在综述了熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟理论发展的基础上,详细的分析了目前最为广泛用于熔滴过渡数值模拟的流体动力学理论建模的关键技术,并展望了未来的发展趋势。     

激光增强GMAW焊接熔滴过渡控制试验

水下环境压力对于焊接熔滴过渡和焊接过程稳定性具有一定的负面阻碍作用,需要提供额外的作用力帮助稳定焊接电弧和改善熔滴过渡状态;为验证激光增强熔滴过渡控制技术的可行性,搭建了空气环境下的相关试验系统,并进行了激光增强前后的熔滴过渡状态对比研究.结果表明,在焊接过程中施加一定功率密度的激光对熔滴过渡行为具有明显的改善作用,可以在一定范围内改善熔滴过渡状态,并可以通过激光控制过渡熔滴的大小,提高焊接过程的稳定性.试验结果为进一步开展激光增强高压干法水下焊接试验奠定了基础.     

GMAW药芯焊丝熔滴过渡研究

基于计算机技术在焊接领域的应用现状,利用焊接电信号采集系统和光谱仪,基于Labview软件所设计的程序,实现同步采集,并把在每个时刻采集到的焊接电流,电弧电压波形信号及光谱仪采集到的光谱信息都在Labview的界面上同步显示,通过对两组药芯焊丝进行不同参数下熔化极气体保护焊药芯焊丝分析试验的同步采集,结合光谱信息、电信号及其前后时刻状态对药芯焊丝的典型熔滴过渡状态进行了分析。     

基于旋转电弧传感器的GMAW焊接熔滴过渡的数值模拟

旋转电弧GMAW(熔化极气体保护焊)是近年来出现的新型焊接技术,其在工业生产中的应用正越来越受到重视。基于计算流体力学前处理软件GAMBIT对旋转电弧GMAW模型进行物理建模、网格划分和设定边界条件;然后利用FLUTEN软件中的VOF模型和滑移网格技术对熔滴过渡过程进行数值模拟,得出熔滴在不同时刻的形态与内部速度矢量图,并对计算结果进行分析。该模拟方法可减少实际焊接试验次数,具有一定的理论参考意义和工程实用价值。     

GMAW熔滴过渡过程稳定性自相关分析

检测了熔化极气体保护焊(GMAW)中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性.阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性.     

脉冲GMAW熔滴过渡动态过程的解析模型

在脉冲GMAW过程中，电流的突然转变会引起熔滴在焊丝末端的明显振荡，合理的利用向下振荡的动量可控制熔滴过渡。该文基于熔滴受力分析，建立了脉冲GMAW熔滴过渡的解析模型，并对熔滴的振荡和脱离过程进行分析，定量计算焊接工艺参数对熔滴过渡过程动态行为的影响，可用于指导脉冲GMAW主动控制模式下一脉一滴过渡工艺参数的优化设计。     

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.     

基于熔滴过渡模型的GMAW焊接发尘率计算

通过对实心焊丝的GMAW焊接时的熔滴过渡进行金属蒸发理论分析,结合“质量—弹簧”理论,建立了基于熔滴过渡模型的GMAW焊接发尘率预测模型. 模型分析了熔滴过渡过程中熔滴温度和发尘率的变化,同时通过四阶龙格—库塔算法获得了熔滴过渡的频率及过渡熔滴半径等特征参数. 结果表明,熔滴在焊丝端部长大阶段中的发尘率占总发尘率的大部分,熔滴温度超过2 417 K后,发尘率将陡升,模型计算的熔滴过渡频率与发尘率与实测数据非常吻合.     

铝合金P-MIG焊接熔滴过渡研究

利用高速摄影和电信号采集系统对铝合金P-MIG焊接的熔滴过渡行为进行了观察,针对6061-T6试板进行了焊接工艺试验,分析了峰值电流、脉冲频率和电弧电压对熔滴过渡和焊缝成形的影响。结果表明,熔滴过渡随着峰值电流的降低由一脉一滴转变为两脉一滴,随着脉冲频率和电弧电压的增加,保持一脉一滴不变,对于2 mm厚的6061-T6铝合金试板,采用平均电流60 A、焊接速度35 cm/min、脉冲频率65 Hz时刚好可以焊透。     

基于压电执行器的GMAW熔滴过渡控制

熔化极气体保护焊(GMAW)作为一种高效灵活的焊接方法,已得到了广泛应用,但在精密焊接应用较少,其熔滴过渡不易控制、焊接过程不够稳定是限制其应用的主要原因。在此提出以施加机械力的方式使熔滴发生可控的过渡行为,设计了以DSP为核心的压电执行器的控制系统,采用等速送丝和快速回抽相结合的熔滴过控制方案。以响应速度快,频率高的压电执行器为基础设计了焊丝挤压回抽系统结构,实现了焊丝的送进回抽功能。在该系统的控制下,实现了同一电流下不同频率的熔滴过渡行为和对焊接过程熔滴尺寸的控制。     

CMT焊接熔滴过渡动态过程模拟与熔池流体动力学行为

针对CMT焊接这种独特的熔滴过渡过程,通过流体动力学方法对CMT熔滴过渡动态过程进行模拟,定量分析焊接工艺参数对熔滴过渡动态过程的影响规律;建立CMT焊接熔池温度场和流场的三维非稳态模型,定遍分析浮力、电磁力、表面张力、熔滴冲击力,以及相变潜热及其综合作用对焊接温度场、速度场和熔池形态的影响;     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

2219铝合金激光驱动GMAW熔滴过渡行为

以2219铝合金为研究对象,搭建了激光驱动GMAW熔滴过渡试验系统,采用高速摄像系统拍摄熔滴过渡行为,分析了激光的加入对熔滴过渡行为的影响. 结果表明,通过改变工艺参数,激光的加入改变了熔滴的受力状态从而改变了熔滴过渡模式和飞行轨迹. 脉冲激光作用在熔滴缩颈处形成的蒸发反力可以有效促进熔滴过渡,得到“一脉一滴”的射滴过渡形式,提高熔滴过渡频率和熔滴过渡的稳定性,同时能够有效改善焊缝成形解决铝合金焊接射滴过渡工艺区间窄,对母材热输入高以及焊接过程稳定性差等问题.     

高压干法GMAW熔滴排斥过渡形成机理

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.以三种不同送丝速度,分别进行了0.1～2 MPa的氩气环境GMAW试验.结果表明,随着环境压力的增加,熔滴过渡形式均转变为排斥过渡.在排斥过渡熔滴长大过程中,始终伴随着电弧弧根沿一侧上爬至熔滴的近焊丝端现象,从而对熔滴产生了不对称的侧向力作用,加之高压环境中弧根面积减小导致熔滴所受的电磁力为熔滴过渡的阻力,两者共同作用最终形成了高压干法GMAW的排斥过渡.通过对比不同环境压力下的弧根位置照片发现,这种弧根上爬现象也同时存在于常压和环境压力较低时.并采用理论模型推导了电弧弧根上爬的条件及影响因素.     

熔化焊接过程中熔滴短路过渡的研究进展

GMAW焊接方法在工业中应用范围广泛,但GMAW焊接中短路过渡存在飞溅问题.针对与这些问题已经有很多方法解决,如:在回路中串入电感、电流波形控制、表面张力过渡、冷金属过渡等.以上各种改善短路过渡飞溅的方法都能在一定的使用范围内改善短路过渡飞溅问题,但也存在着生产效率低、熔深浅、焊缝成形不好等局限性.将激光热源引入到短路过渡方法中,激光-电弧复合热源焊接在保证焊接稳定性的同时也提高了焊接速度,改善焊缝成形,很大程度上扩大了短路过渡的应用范围.通过SFBT、PIT方法和自由边界模型的VOF方法,对GMAW焊接熔滴过渡理论进行不断深入的研究.