动态CMT焊接过程分析

动态CMT焊接是对传统CMT焊接的改进,以期获得较大的熔深。采用高速摄像同步分析系统分析了动态CMT焊接过程熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,动态CMT焊接熔滴过渡增高至110 Hz以上;从电流电压波形上看,动态CMT分为3个阶段,即燃弧,强脉冲和短路3个阶段。在强脉冲阶段,电流峰值达493 A,而在短路阶段电流为75 A以上。T形接头焊接结果显示,在相同焊接热输入下,动态CMT比普通CMT能够获得更大的熔深.熔深增加是由于强脉冲阶段大的电弧力造成熔池表面下凹,电弧下方液态金属层变薄使得熔池底部加热作用明显;同时短路电流的增加,也提高了熔池温度和焊丝预热效果。     

基于FLUENT的CMT焊接熔池流场的数值分析

CMT是一种新型的低热输入焊接工艺,在传热学和流体动力学的基础上,结合CMT熔滴过渡在一冷一热不断交替中完成特点,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,建立了CMT焊接熔池三维瞬态数学模型。对熔滴及母材分别施加弓柱状热源与双椭球热源,并利用UDF进行二次开发,成功实现了热量与熔池体积力脉冲施加。用所建模型研究了CMT焊接熔池的演变过程,较好的模拟了不同焊接参数对CMT焊接流场的影响规律以及准稳态时基值电流与峰值电流作用期间熔池流场的分布规律,同时分别分析了浮力、电磁力、重力对熔池流场分布的影响。     

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.     

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。     

铝合金P-MIG焊接过程熔滴过渡行为的结构负载声发射表征

通过在线检测铝合金PMIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡行为的表征,以及熔滴过渡形式变化对声发射信号特征参数的影响. 结果表明,焊接过程中检测到的结构负载声发射信号时域波形包含了较多的PMIG焊接过程熔滴过渡特征信息,利用时域波形及其平均振铃计数、平均正峰值等特征参数可以对PMIG焊接过程中的熔滴过渡现象进行表征. 当熔滴过渡频率相同时,随着熔滴过渡对液态熔池的冲击作用增大,声发射信号特征参数相应增大;当熔滴过渡频率不同时,熔滴过渡频率越大,熔滴体积越小,对液态熔池的冲击作用越小,声发射信号特征参数相应减小.     

2219铝合金CMT电弧增材熔滴过渡行为

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量.该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT+P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT+PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数η对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.     

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.     

CMT冷金属过渡焊接技术动态研究

许多材料无法承受焊接过程中持续不断的热量输入。为了避免熔滴穿透,实现无飞溅熔滴过渡和良好的冶金连接,就必须减小热输入。CMT冷金属过渡技术第一次将送丝与熔滴过渡过程进行数字化协调,实现了焊接机器人在MIG/MAG焊接中的无飞溅焊接、0.3 mm超薄板的钎焊以及异种金属的焊接等。文中介绍了CMT冷金属过渡技术以及变极性、高效双丝CMT的工艺过程。综述了国内外学者对CMT工艺研究及其在超薄板、钢/铝焊接的应用成果。     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律，利用Flow-3D软件建立三维数学模型，采用球形旋转热源模型，考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用，模拟了堆焊状态下，工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明，熔池形成过程中，旋转熔滴对熔池有搅拌作用，并使熔池内部液态金属活性增强，流速变快，熔池内部液态金属体积变大，熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.     

熔滴热焓量分布模式对熔池流场的影响

通过对熔滴过渡工过程的能量和动量分析,建立了熔滴热焓量在表面变形熔池内部的分布模式,以此为基础采用数值模拟技术研究了熔通过渡类型和表面活性元素对ＭＩＧ焊接熔池流场的影响,揭示了溶滴过渡类型和表面活性元素与ＨＩＧ焊接熔池流场的相互影响规律,并对计算模型的可靠性进行了实验验证。     

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.     

熔滴和熔滴过渡

弧焊时,在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。根据国际焊接学会（ⅡW）的分类,熔滴过渡主要有自由过渡、短路过渡和混合过渡三大类。     

基于复合热源模型的CO2气体保护焊温度场模拟

实际短路过渡CO2气体保护焊接过程中,熔滴的热量对熔池温度场的分布会产生很重要的影响,当前焊接温度场模拟采用的热源模型中往往忽略了这一点.论文研究了CO2气体保护焊接的双椭球电弧热源模型以及将熔滴作为电弧之外的第二个作用热源模型,建立了适合于CO2焊的双椭球电弧热源与熔滴热源相叠加的一种新型复合热源模型;利用有限元软件ANSYS对低碳钢焊件的温度场及其不同位置的热循环曲线、纵向与横向温度场分布以及从起弧到宏观稳态的温度场动态演变规律进行了模拟和计算,并通过实验进行验证.研究结果表明,利用复合热源模型比单一的双椭球热源模型的模拟结果更接近于实验测试结果,验证了改进复合热源模型的准确性、有效性与实用性.     

TCGMAW送丝速度对熔滴过渡及焊缝影响的高速摄影分析

熔滴过渡是决定熔化极气体保护焊焊接质量的重要焊接过程,通过对弧焊熔滴过渡的高速摄影与电信号波形及焊缝的对比分析,研究了双丝共熔池气体保护焊(TCGMAW)不同送丝速度对焊接电弧与熔滴过渡的影响,为探索新的熔滴过渡控制方法、进行弧焊电源研发和弧焊工艺的改进提供了有效的技术手段和可靠的理论依据参考。     

不锈钢的药芯焊丝焊接过程中熔滴过渡行为分析

采用高速摄像与电信号同步分析系统分析不锈钢药芯焊丝焊接过程中的熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,当电流为150 A时,焊接时容易出现短路过渡,引起飞溅,电弧形态不太稳定,主要过渡方式为非轴向大滴排斥过渡;随着电流增大,电弧趋于稳定,飞溅明显减少,表面张力对熔滴过渡起一定作用;当电流达到240 A时,无短路过渡现象发生,几乎无飞溅产生,电弧形态基本保持不变,焊接过程稳定。焊接过程中焊丝与熔池间形成的渣柱有助于熔滴脱离焊丝进入熔池。     

外加磁场作用下焊接方法的研究进展

当前工业生产对焊接技术提出更高的要求,传统焊接方法的优化改进受到广泛关注。外加磁场作用于电弧等离子体会导致电弧行为发生显著改变,从而影响熔滴过渡和熔池形成过程,最终影响焊缝成形和接头质量。阐述外加磁场作用下焊接行为的研究进展,包括外加磁场对电弧形态和参数分布、熔滴过渡过程、熔池的形成和焊缝成形的作用规律。与传统焊接相比,外加磁场下熔滴过渡频率增加,焊缝组织晶粒更加细小均匀,接头的力学性能得到提升。     

基于多任务结构网络的冷金属过渡焊熔滴轮廓定位与提取

针对冷金属过渡焊（CMT）熔滴轮廓特征，联合目标检测和图像分割算法设计了多任务结构网络，以监视熔滴方位并提取出精确的外轮廓，实现对CMT熔滴过渡过程的图像信息数据化，从而反映CMT送丝过程的熔滴行为。将高速摄像机拍摄的原图像直接输入网络，R-Net实现对熔滴位置的定位，此过程精度可达到97.31%，并在此基础上直接生成初步掩码。多任务结构网络主体部分对初步掩码进行精细化处理并结合初步分割的前景图，可实现对熔滴轮廓的提取，轮廓拟合精度可达98.8%。此外，利用以上所设计的网络，可得到CMT完整焊接周期内熔滴形貌的变化，实现对CMT熔滴过渡过程的可视化和数据化。     

空间多位置摆动激光填丝焊接熔池动态行为及焊缝成形

以316L奥氏体不锈钢管道为研究对象,在摆动激光焊接研究基础上,对管道多位置激光填丝焊接熔滴过渡和焊缝成形展开研究,分析焊接熔池动态特征,优化各位置区间工艺参数,进而实现管道全位置激光焊接. 结果表明,摆动激光束周期性的作用于填充焊丝,产生的反冲压力能够促进熔滴过渡,使得焊丝始终以“液桥”形式向熔池过渡;同时摆动激光增强了熔融金属侧向流趋势,提高熔池界面表面张力,削弱空间多位置下重力对熔池形貌的影响,保证各空间位置熔池均能稳定存在,焊缝成形连续均匀.     

外加纵向磁场对5083铝合金P-GMAW过程的影响

对厚度10 mm的5083铝合金板材进行P-GMAW堆焊试验,在焊接电流240 A的条件下,对比研究有无外加纵向磁场条件下P-GMAW过程中电弧形态、熔滴过渡和熔池行为的差异。结果表明:外加纵向磁场使得电弧快速旋转,弧长变短,熔滴受到切向力作用而旋转,熔滴过渡时出现明显的缩颈,熔池表面出现灰色漂浮物,熔池左右两侧表面波纹不均匀,熔池轮廓向一侧偏移;外加纵向磁场不会改变电弧形态和熔滴过渡的对称性,但是会使熔池受到外加电磁力作用,影响熔池流动的对称性,从而使焊缝偏移。     

脉冲熔化极气体保护焊熔池的视觉传感与实时控制

研究对脉冲熔化极气体保护焊（GMAW）熔池过程采用视觉传感与实时控制方法的可行性问题。由于GMAW过程的熔滴过渡现象的复杂性，尝试模拟焊工通过观察熔池变化等因素来调整焊接参数获取满意的焊缝成形的行为。建立了脉冲GMAW过程熔池视觉传感系统，宏观上将熔滴过渡对熔池特征的影响作为黑箱过程处理，根据脉冲GMAW弧光光谱分布和熔池图像特征提取，实现对脉冲GMAW熔池动态过程的实时检测。采用辨识算法建立焊接动态过程的数学模型，进而设计脉冲GMAW熔宽的PID控制器，实现对脉冲GMAW熔池宽度的实时控制。试验表明，建立的视觉传感系统、图像处理算法以及控制器设计检测与控制熔池变化在一定程度上的能够满足脉冲GMAW焊缝宽度的实时性与精度要求。