脉冲TCGMAW电流占空比对熔滴过渡和焊缝成形的影响

基于建立的熔滴过渡高速摄像分析系统,对高速脉冲TCGMAW在脉冲电流占空比变化下的熔滴过渡过程进行观察分析,并就脉冲电流占空比变化对熔滴过渡和焊缝成形质量的影响进行了研究。试验结果表明,在所用焊接规范下,当脉冲电流占空比较小时,焊丝熔化速度不能与送丝速度匹配,熔滴过渡方式表现为短路过渡形式,焊缝成形较差,甚至出现断弧、焊不起来的情况;随着脉冲电流占空比的提高,焊丝熔化能量加大,熔滴过渡方式逐渐过渡到射滴过渡和射流过渡,电弧电压的波动范围变小,焊缝成形良好。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.     

焊剂片约束电弧焊接高强钢T形接头电弧形貌与熔滴过渡模式分析

针对高强钢三明治板焊接加工难题,提出一种焊剂片约束电弧(FBCA)焊接方法,获得了成形良好的T形接头. 首先对焊剂片高温熔化状态进行测量和分析,其次通过搭建的高速摄像系统,采集焊接过程中电弧及熔滴图像,分析电弧形貌变化与熔滴过渡模式,最后测量焊后T形接头尺寸并研究焊缝成形规律. 结果表明,不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、弧桥并存过渡、大滴过渡、细滴过渡及亚射流过渡,焊剂片存在小颗粒状、大颗粒状、液桥状及弧桥并存状,当焊剂片为弧桥并存状/液桥状,弧桥并存过渡时,电弧被压缩,电弧燃烧稳定,焊缝成形最好.     

双丝脉冲MAG焊的熔滴过渡及工艺特征

搭建了并列式双丝脉冲MAG焊工艺试验系统,通过双丝脉冲协调控制器连接试验所用的两台电焊机,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄．应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响．确定了最理想的脉冲峰值一基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11mm为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离．结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加．     

双丝三电弧焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

为了验证双丝三电弧焊接过程中M弧不同的电流、脉冲频率对其熔滴过渡行为的影响;试验搭建了双丝三电弧焊的焊接系统以及高速摄像与波形同步采集系统.结果表明,熔滴过渡行为变化的主要原因是在M弧作用下熔滴的受力变化.其次,熔滴过渡行为和M弧电流的变化存在着对应关系:随着M弧电流增大,熔滴过渡行为依次为焊缝成形最佳的短路过渡+射流过渡、以及成形依次变差的大滴过渡、射滴过渡、射流过渡.随着M弧脉冲频率增加,熔滴过渡行为依次为一脉多滴、一脉一滴、多脉一滴三个阶段;其中焊接成形最理想的为一脉一滴的熔滴过渡阶段.     

电流/电压匹配对铝合金激光-电弧复合焊接过程稳定性的影响

文中借助HANNOVER电弧分析仪和高速摄像机等设备,对不同电弧电压和焊接电流焊接过程进行实时监测,分析不同电参数对焊缝成形质量的影响;并验证激光的存在对波形的稳定具有一定的作用. 结果表明,主辅“双重导电通道”的消失、熔滴过渡方式跳变和焊接飞溅等不确定因素,均会导致电弧电压、电流波形图出现紊乱和尖角. 焊缝成形方面,随着电弧电压的增加,熔宽先增大后减少;而熔深则不断上升. 而电流增大时,焊缝的熔深熔宽不断增大. 因为电弧电压增大,改变了电弧的形态;而电流的增加则改变电弧的受力和能量.     

保护气体对ER5356铝合金焊丝熔滴过渡及电弧稳定性的影响

采用ER5356铝合金焊丝对6 mm厚的5083-H111铝合金进行了MIG焊接试验，通过焊接质量分析平台和高速摄像机采集分析了100%Ar、75%Ar+25%He、50%Ar+50%He和100%He四种保护气体下的电弧熔滴过渡形貌和电信号特征。结果表明：随着保护气体中He比例的增加，电弧形貌由钟罩形向扁束状转变，电弧底部有收缩的趋势，电弧光亮的弧柱区域面积减少；电弧电压升高，焊接电流变大，导致电弧收缩和电弧密度提高，从而影响了焊丝的熔化速率，增加了熔滴过渡的频次，焊接电流概率密度曲线变化不大，电弧电压概率密度曲线发散较明显，熔滴过渡趋于不稳定，从短路过渡向亚射流过渡转变，但是熔滴尺寸均匀性变差，熔滴颗粒不均匀。总体来说随着He的增加，电弧稳定性较差，但熔滴过渡形式得到了一定的改善。     

基于高速CCD摄像的短路过渡焊接熔滴检测与分析

建立了基于高速CCD摄像的熔滴图像检测和焊接电流、电弧电压同步采集系统,在给出短路过渡模式下的熔滴尺寸定义并简述基于MATLAB平台的熔滴尺寸与电弧信号分析系统的基础上,对平特性电源短路过渡CO2焊接熔滴尺寸变化特征及其与工艺性能间的关系进行了试验研究.结果表明,熔滴尺寸呈分散性较大的正态分布(1～2倍焊丝直径),过大或过小的熔滴尺寸均不利于短路过渡焊接过程的稳定性.根据熔滴的形成和过渡过程,初步分析了影响熔滴尺寸的主要因素及控制熔滴尺寸的途径,即短路过程结束后焊丝端部的残余液态金属量和燃弧能量的随机性导致了熔滴尺寸的不确定性,对其进行有效控制将提高熔滴尺寸和短路过渡过程的一致性,进而改善短路过渡CO2焊接的工艺性能和焊接质量.     

低气压环境对电弧熔滴过渡行为的影响

对低气压环境条件下电弧焊接的电弧熔滴行为和焊缝成形进行了研究。结果表明,气压降低导致弧柱区的直径增大,电弧的稳定性和挺度下降;在相同焊接工艺参数设定下,气压愈低,熔滴尺寸增大,熔滴过渡频率愈低,焊缝成形愈差;适当降低电弧电压有助于焊缝成形质量的改善。     

车用薄镀锌板CMT搭接工艺特性

针对车用薄镀锌板材料,为了进一步降低冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)时产生的飞溅,研究分析了薄镀锌板CMT搭接焊接工艺特性.采用Baumer HX 13工业级高速摄像机拍摄了CMT焊接熔滴过渡图像,利用NI PXI数据采集系统采集了CMT焊接电流电压信号.主要研究了短路前期阶段与短路后期阶段电流电压对CMT熔滴过渡的影响规律,同时分析了焊枪倾角对薄镀锌板CMT搭接焊接熔滴过渡行为的影响.结果表明,当CMT短路阶段电流小于基值阶段电流时,电信号波形未出现扰动现象,焊接过程稳定;当降低短路后期电流约5 A时,能够有效降低CMT搭接产生的飞溅;当焊枪与垂直平面呈30°夹角时,能够获得平稳的熔滴过渡,焊接飞溅最小,焊缝熔深最大,焊缝成形最佳.故短路阶段电流小于基值阶段电流且降低短路后期电流约5 A时,采用焊枪倾角30°的焊接工艺能够实现较小的焊接飞溅,为生产实践提供理论依据.     

CO2短路过渡焊接熔池三维瞬态数值模拟

考虑CO₂短路过渡焊接过程中的随机性,建立了考虑熔滴熔池短路时刻、熔滴初始大小等因素的熔滴自适应模型. 此外,采用非对称高斯热源模型来考虑电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,结合附加源项法考虑电弧压力、电磁力和浮力,采用连续表面张力模型计算表面张力,采用VOF方法追踪熔池表面,采用焓-孔隙度法考虑熔化凝固过程中的糊状区的动量损失,建立了CO₂短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型. 利用该数学模型计算6 mm厚低碳钢板的CO₂短路过渡焊接熔池的温度场和流场的瞬态发展,模拟和试验结果的短路间隔时间概率密度分布及焊缝成形吻合良好.     

超声-MAG复合焊接的熔滴过渡行为

文中对低碳钢超声-MAG焊接熔滴过渡行为做了系统分析. 试验主要关注在超声作用下,低碳钢焊接中熔滴过渡行为的变化. 对熔滴过渡过程进行观测和分析. 结果表明,超声波会使MAG焊熔滴过渡分布区间发生改变,短路过渡对电压电流的适应性更强,大滴过渡电压升高,中等电流电压下不稳定的过渡得到一定程度的改善;对于不同的过渡形式,超声均可以增加其熔滴过渡频率,改变熔滴尺寸及形态,使熔滴以更小的尺寸、更高的频率过渡到熔池中;与普通MAG焊相比,超声-MAG焊的电流信号波动较小,熔滴过渡过程更稳定. 该分析对于超声辅助电弧焊接技术的发展与应用是一个重要补充.     

电弧电压变化量分析熔滴过渡特征的研究

利用焊接过程中熔滴还没有发生短路瞬间的电弧电压变化量△U，可以区分药芯焊丝气体保护焊(FCAW)熔滴过渡特征．绘制了一定焊接条件下的金属过渡模式图，为最终确定FCAW的最佳工艺参数(焊接电流、电弧电压等)提供指导，可实施长时间在践监控熔滴过渡过程。     

双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡与电弧形态

用高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡及电弧形态和电弧电压之间的关系进行了深入分析.结果表明,熔滴过渡和电弧电压、电弧形态的规律性变化存在密切的对应关系.熔滴形成、长大、脱离焊丝端部的规律性变化使极性斑点间距及弧柱电阻发生变化导致了电弧电压的波动,从而使电弧形态发生由暗到明、由小到大的规律性变化.随着焊接电流的增大熔滴的过渡形式发生变化,熔滴尺寸减小.不同的熔滴过渡形式其电弧电压的波动也有所不同,射流过渡电压波动较小,而短路过渡电弧电压的波动最大.     

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加.因此采用激光-MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景.     

纤维素焊条工艺性频谱分析

采用高速摄影方法及汉诺威弧焊质量分析仪对三种长输管道用纤维素焊条的熔滴过渡、电弧参数进行了试验研究.高速摄影图片表明,纤维素焊条熔滴过渡为短路过渡、喷射过读、爆炸过渡的混合模式;三种焊条的电流电压波形图具有明显短路特征.为了评价纤维索焊条的工艺性,对焊接过程电压信号进行了频谱分析.功率谱主分布峰描述了金属熔滴的短路过渡频次,频谱信息反映了焊接过程中电弧的稳定程度.实验结果表明,纤维素焊条电压信号的频谱分析结果能够反映焊接过程熔滴过渡形态及其稳定性,评价纤维素焊条的工艺性.     

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。     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.     

金属粉芯型药芯焊丝熔滴过渡及飞溅观察分析

采用高速摄影技术对金属粉芯型药芯焊丝的熔滴过渡及飞溅进行观察分析,总结了金属粉芯型药芯焊丝在试验参数下的熔滴过渡类型和特征以及飞溅类型和特征,阐述了熔滴过渡特征以及飞溅特征产生的原因．结果表明,采用100％CO2气体保护时,焊接过程中电弧电压波动较大,熔滴过渡不稳．以排斥过渡为主,少量细颗粒过渡和爆炸过渡,焊接飞溅大;采用5％CO2＋95％Ar保护时,熔滴过渡为单一射滴过渡,熔滴过渡平稳,电弧稳定,焊接飞溅小;金属粉芯型药芯焊丝飞溅形式主要包括：气泡放出型飞溅、缩颈飞溅、熔滴爆炸飞溅以及电弧力引起的飞溅．