短路过渡CO2焊接熔滴尺寸控制

分析了短路过渡CO2焊接的熔滴形成过程及焊接电流波形对熔滴形状及短路过渡历程的影响规律,对采集获得的焊接过程中的焊接电流信号进行数学处理,采用最小二乘法建立了波形控制短路过渡焊接的焊丝熔化模型.在此基础上,通过控制燃弧初期脉冲电流的宽度调整燃弧能量的大小,对熔滴尺寸控制进行了试验研究.结果表明,随着燃弧脉冲电流宽度的增加,熔滴尺寸单调增加,这说明改变燃弧初期脉冲电流的宽度可以有效地控制燃弧能量和熔滴尺寸的大小.     

CO_2气体保护焊短路过渡熔滴尺寸的研究

利用高速摄影系统拍摄了CO_2气体保护焊熔滴过渡过程,借助高速摄影图像,通过椭球-球转换法精确测量了短路时的熔滴尺寸,分析了焊接电流、电弧电压、焊丝伸出长度和焊接速度对熔滴尺寸的影响。结果表明,熔滴尺寸与焊接电流成反比,与电弧电压成正比,随着焊丝伸出长度的增加,熔滴尺寸先减小后增大,在可焊的范围内,焊接速度几乎不影响熔滴尺寸。研究结果可为精确控制熔滴尺寸、提高焊接质量提供参考。     

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.     

CO2气体保护焊药芯焊丝工艺性分析与评价

采用汉诺威弧焊质量分析仪和焊接过程高速摄影技术,测试分析了在CO2气体保护焊条件下,药芯焊丝电弧物理特性,发现药芯焊丝工艺性与焊接过程中熔滴过渡的稳定性、均匀性有直接联系,熔滴过渡稳定性越好,焊接时飞溅越小,焊丝工艺性越好.在24.5 V,190 A焊接参数下,汉诺威弧焊质量分析仪中统计的熔滴过渡周期的变异系数ε(Tc)能反映焊丝焊接过程的稳定性,从而可以方便地对焊丝工艺性进行定量评价.变异系数越小,焊接过程越稳定,焊丝工艺性越好.提出用24.5 V,190 A焊接参数下熔滴短路过渡周期的变异系数作为判据来定量评价药芯焊丝工艺性.     

980MPa级钢配套焊丝电弧形态和熔滴过渡试验分析

利用激光为背景光的成像系统,摄取电弧形态和熔滴过渡的高速图像,试验了新研制的屈服强度为980MPa级钢配套的两种焊丝电弧形态和熔滴过渡形式.试验在典型焊接参数条件下,采用不同配比的氩、氦混合保护气体MIG焊接方法,对所研制的焊丝与普通焊丝H08Mn2SiA进行了电弧形态和熔滴过渡对比试验.结果表明,所研制的焊丝不仅其熔敷金属力学性能满足要求,而且熔滴过渡性能也优于常用的普通焊丝,为所研制焊丝的焊接工艺性能和实际应用奠定了试验基础.     

脉冲MIG焊不稳定过渡过程的观察与分析

基于高速摄像和电信号分析系统,采集了一定焊接工艺参数下脉冲MIG焊焊接过程的电信号,借助电信号小波分析设备对不稳定焊接过程进行了宏观分析,并对焊接熔滴过渡过程中的不稳定现象进行了高速摄像观察.观察发现,脉冲MIG焊不稳定焊接过程呈现出多种熔滴过渡形式,过渡熔滴形状多样,熔滴尺寸不均匀,熔滴形成过程中重心不稳,熔滴爆炸引起飞溅以及熔池振荡.通过对焊接过程不稳定现象的观察与分析,指出焊丝熔化能量的随机性以及熔滴上综合作用力的随机性是熔滴尺寸具有不确定性的根源.对脉冲MIG焊焊接过程不稳定现象的研究将有利于对焊接工艺性能进行有效控制.     

高速CO_2焊电弧能量检测与分析

设计了焊接电弧动态参数的检测系统,对CO2焊短路过渡中的电弧电压及焊接电流进行实时采集,使用Matlab软件统计分析电弧能量。在不同焊接速度下,对CO2焊的各个过渡阶段的电弧特性进行分析,研究电弧能量与熔滴过渡稳定性之间的关系。试验结果表明,通过对短路过渡过程中各个不同阶段的输入能量的控制,可提高焊接过程的稳定性,实现CO2焊的高速化。     

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.     

脉冲激光驱动的GMAW短路过渡行为控制

试验研究了单侧脉冲激光照射熔滴控制短路过渡的行为.高能量密度的瞬时脉冲激光作用在熔滴上,产生的局部强烈的蒸发反力驱动熔滴受迫短路,形成液桥,完成收缩、破断,促进熔滴脱离焊丝.在无电弧条件下观察单侧脉冲激光驱动熔滴过渡的基础上,进一步分析了小电流下单侧脉冲激光驱动短路过渡的效果.结果表明,在焊接过程中施加一定能量密度和频率的脉冲激光对短路过渡行为有明显的改善作用,并能通过脉冲激光功率控制熔滴的尺寸,调节脉冲激光频率控制熔滴过渡频率,实现一脉一滴的过渡形式,提高焊接过程的稳定性.     

近似熵与熔滴过渡频率对表征CO2焊短路过渡过程稳定性的不同影响

基于不同电弧电压、气体流量、焊接速度下短路过渡CO2焊的焊接电流时间序列,利用P incus算法,评估了焊接电流的近似熵,分析了近似熵与熔滴过渡频率对表征焊接过程稳定性的不同影响.试验与数值分析证明在上述三种工艺条件下近似熵越大,焊接过程的稳定程度越高,然而熔滴过渡频率与焊接过程的稳定性变化趋势难以取得一致,因此焊接电流近似熵比熔滴短路过渡频率更为准确地刻画了焊接过程稳定性的动态变化,用于定量表征焊接系统的稳定性时优于熔滴过渡频率.     

压电驱动GMAW短路过渡行为控制

文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术,压电致动器膨胀锁止焊丝,收缩则释放焊丝.在焊丝锁止-释放过程中,可以主动驱动熔滴与熔池短路,并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡.研究结果表明,组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善,短路开始和结束都稳定可控,避免了随机短路的发生,不再依赖大短路电流强制缩颈液桥,短路过渡频率显著提升,在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz,DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差,但短路过渡频率也可达100 Hz.     

送丝方式对步进填丝双脉冲TIG电弧增材成形精度的影响

针对电弧增材制造热质传输强耦合、成形尺寸精度低等共性关键问题,提出一种步进填丝双脉冲钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)电弧增材制造方法. 基于此方法建立增材成形试验系统,开展系列变化参数的直壁墙增材工艺试验. 利用同步采集的熔滴、熔池动态变化图像数据重点研究分析了送丝方式对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池行为和成形尺寸精度的影响规律. 结果表明,前、后送丝方式下熔滴均以液桥过渡方式熔入到熔池;相比前送丝增材过程,后送丝方式下焊丝熔化效率和熔滴过渡频率明显增加,熔滴尺寸变小,熔池表面高度和宽度尺寸波动均减小;高频脉冲电弧使熔池体积略微增加,热稳定性明显增强,直壁墙沉积件成形精度明显提高.     

Arc behavior in two wire tandem submerged arc welding

The behavior of leading and trailing arc root dimensions and arc interaction in the two-wire tandem submerged arc welding process was studied using real-time recorded current and voltage waveforms, and CCD arc images for a wide range of experimental conditions. Physical and regression equations were developed to predict the arc interaction and dimensions as a function of the welding condition. The influence of the arc interaction on the molten droplet transfer direction was studied. The arc center displacements (arc interaction) under different welding conditions were fairly well predicted by the corresponding physical models. The arc root dimensions were unsymmetrical and increased with an increase in the welding current and voltage while the same decreased with the increase in the arc center displacements. This variation was reasonably envisaged by the developed regression models. The detached molten electrode droplet followed the arc axis at the time of detachment and deposited into the weld pool.     

Random nature of droplet size and its origins in short circuit CO2 arc welding

Abstract

The nature of the droplet size variation and its effect on the process behaviour were investigated for short circuit CO₂ arc welding using a power supply with constant voltage output. To obtain the droplet images and record the welding current and voltage transient waveforms in phase, an integrated experimental system was established by combining a high speed charge coupled device camera based on laser shadowing and a related optical system with a dual channel analog/digital converter. The droplet size in short circuit transfer mode is defined as the maximum diameter of the molten droplet just before short circuiting. The experimental results reveal that the distribution of droplet size typically has a random nature with a range of between 1 and 2 times the electrode diameter. Excessively large or small droplet size is markedly unfavourable to the process stability. The droplet shape just before short circuiting and the short circuiting experience are also critical factors affecting the process behaviour. The main factors influencing the droplet size and shape are analysed in detail and approaches to control their evolution are then proposed.     

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.     

旁路电源工作模式对Arcing-wire PAW电特性与滴过渡的影响

基于电弧可分离性,以焊丝为导引电极建立分体等离子弧,研究不同旁路工作模式下焊接参数对熔滴过渡行为的影响.结果表明,旁路为恒流模式时,随着旁路电流的增加熔滴稳定快速过渡,随着送丝速度的增加过渡频率增加,但其达到8.2 m/min时会使焊丝来不及熔化;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压均发生明显波动但两者趋势相反,而旁路及等离子弧电流均无波动.旁路为恒压模式时,随着旁路电压及送丝速度的增加,熔滴稳定而快速地过渡,但旁路电压过大时会出现失稳现象;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压、旁路电流、甚至等离子电流都出现明显波动.     

脉冲频率对三丝间接电弧焊稳定性的影响

三丝间接电弧焊是一种新的焊接方法,焊接过程中工件不连接电源,主丝连接焊接电源正极,两边丝分别连接两焊接电源的负极,电弧建立在主丝与两边丝之间. 焊丝熔化后主丝与边丝导电距离的变化以及焊丝形成的多条熔滴过渡路径均对建立稳定的焊接过程提出了挑战. 文中通过调控脉冲频率,分析了脉冲频率对电弧特性、熔滴过渡路径以及焊接电压和焊接电流分布的影响. 结果表明,脉冲频率对三丝间接电弧焊的稳定性影响较大,当脉冲频率大于100 Hz时,才能建立稳定的间接电弧;随着脉冲频率的增加,熔滴过渡路径的数量减少,更有利于形成均一的焊道;随着脉冲频率的增加,焊接电压和焊接电流变异系数减小,焊接电流和焊接电压的波动程度减小,三丝间接电弧焊的稳定性提高.     

新型水下焊接电源及送丝机构的研究

研究了一种新型的水下焊接系统。系统中孤焊电源输出阶梯型的外特性，送丝系统采用脉动送丝方式。在单片机控制下，脉动送丝波形与外特性同步调控。在停止送丝阶段，单片机夸电源输出电压为峰值，焊丝在此电压下返烧并形成熔滴。送丝脉冲到来的瞬间，电源输出电压切换为基值。熔滴依靠送丝动量向熔地方向前进，最终向熔池过渡，随着焊炬的移动而彤成一道焊缝。实验结果表明，使用这个系统进行气体保护药芯焊丝水下湿法焊接时，电压、电流波形均匀工整，短路过渡频率受控，焊接过程稳定，水下焊缝成形较为美观。