水下湿法药芯焊丝焊接气泡动态演变与其声脉冲分析

水下湿法药芯焊丝焊接(FCAW)以操作适用性好等优点在海洋设施维修中占有重要地位,焊接区域周围动态变化的气泡生长会影响焊接电弧的稳定性. 文中通过搭建水下湿法焊接试验平台,进行了湿法药芯焊丝焊接试验,利用传感器对焊接过程中的电弧电流电压信号,气泡声信号以及气泡高速图像进行了同步采集;研究了气泡声信号与气泡高速图像的对照关系,并对气泡声信号与电弧电流电压信号进行同步分析,获得了不同电弧燃烧状态下的气泡演变行为,以气泡声信号的变化来反映气泡演变对水下湿法焊接电弧燃烧的稳定状态的影响. 结果表明,气泡声信号可以清晰地反映焊接电弧燃烧的各种状态,能对不同气泡演变模式进行分类,并可从中分析其与电弧燃烧特性的对应关系.     

高压水下湿法焊接系统设计与信号采集分析

设计了一种具有信号同步采集功能的高压水下湿法焊接系统。该系统由焊接系统、信号同步采集系统、伺服驱动系统和空气加压系统构成,可精准记录引弧到稳弧过程中的光、电、声信号以及焊接气泡状态信息。同时分别进行了0.3、20 m水深条件下的湿法焊接对比试验,综合分析水压条件对水下电弧的影响。结果表明,水压越大,电信号及焊接气泡稳定性越差,焊缝成型质量下降,但电弧粒子成分并未随水压的升高发生改变。     

水下湿法焊接电弧图像的边缘检测技术

通过复合滤光技术和水下ＣＣＤ摄像系统,采集了药芯焊线水下湿法焊接电弧区域图像,重点论述了边缘检测理论,确定了基于中值滤波和梯度算子的电弧区域图像边缘检测方法,有效地分了弧燃烧区域和电弧气泡区域,从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。     

水下湿法药芯焊丝焊接电弧稳定性

利用焊接电弧电压信号的标准差和差异系数的倒数作为评价电弧稳定性的指标,通过试验研究了不同工艺条件下水下湿法药芯焊丝焊接的电弧稳定性．建立了湿法焊接电弧稳定性的敏感度模型,分析了各工艺参数如焊接电流、电弧电压、焊接速度和水深对湿法药芯焊丝焊接电弧稳定性的影响．结果表明,水深增大时,焊接电弧稳定性变差,特别是在浅水区域,增大水深可显著降低电弧稳定性;焊接速度增大,电弧稳定性变差;焊接电压对电弧稳定性影响很大,适当提高焊接电压可提高电弧的稳定性．     

交流CMT动态电弧特征及熔滴过渡行为分析

为了研究交流CMT焊接过程中的电弧形态及熔滴过渡过程,采用高速摄像技术结合焊接电参数采集系统,拍摄了清晰的交流CMT电弧及熔滴图像,同步采集了电参数的波形数据,将二者结合起来分析.结果表明,交流CMT电弧经历燃弧-形成熔滴-熄弧过程;正极性阶段焊丝端头电弧集中,工件表面电弧发散,形成"钟罩"形电弧;负极性阶段电弧有"上爬"现象,该现象会加速焊丝熔化;熔滴过渡经历冷-热-冷的转换,无缩颈形成;负极性阶段的焊丝熔化速度相对较快,熔滴过渡周期小于正极性阶段,熔滴直径比正极性阶段的略大.     

自保护药芯焊丝熔滴过渡及飞溅分析

电弧物理特性是影响电弧行为和焊接飞溅的重要因素。利用高速摄像技术和汉诺威弧焊分析仪观察分析自保护药芯焊丝的电弧行为、熔滴过渡特征与飞溅形式的关系。研究发现,自保护药芯焊丝电弧在滞熔渣柱周围环绕旋转、熔滴过渡的模式以及焊接冶金反应是形成焊接飞溅的主要原因。焊接过程中自保护药芯焊丝主要有五种飞溅形式:爆炸飞溅、电弧力引起的飞溅、气泡放出型飞溅、颗粒偏飞和熔池飞溅。统计结果表明,爆炸飞溅是数量最多的飞溅。     

高压水下湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制

为研究深水湿法焊接电弧等离子体介质击穿机制，建立了高压水下湿法焊接试验平台，获取40 m水深电弧引弧阶段光谱图，基于PIC-MCC方法建立40 m水深湿法焊接电弧击穿放电三维数值模型并对其进行分析，将光谱诊断电弧等离子体温度、电子数密度和数值模型分析得到的结果进行对比，验证了模型的合理性与正确性.根据电弧光谱得到的电弧等离子体的主成分，从微观粒子角度对高压水下湿法焊接电弧等离子体动态演变过程展开研究,获得等离子体动态分布、粒子数目、电弧等离子体温度及电子数密度变化.结果表明，电子与背景成分水分子发生电离碰撞主要生成H⁺,OH⁺和O⁺，且OH⁺数目增长速度最快，H⁺次之，O⁺最后，在粒子数目上OH⁺远远大于H⁺和O⁺数目；电子与背景气体碰撞过程中发生了能量转移，运动到极板介质层的电子动能减小，电子与极板介质层电离碰撞反应弱化，直至达到饱和.     

水下湿法焊缝成形的响应曲面法建模及分析

水下湿法焊缝成形是影响水下焊接接头力学性能的重要因素.与空气中焊接相比,影响水下湿法焊缝成形的因素更复杂.在高压舱内进行不同水深湿法药芯焊丝焊接(FCAW)试验,通过响应曲面法(RSM)分别建立水下湿法焊缝的熔宽和余高与焊接参数之间的数学模型,分析了焊接电流、电弧电压和水深及其交互作用对水下湿法焊缝成形的影响.结果表明,水下湿法焊接时增大焊接电流和电弧电压都可以增大焊缝熔宽.熔宽随着水深的增大而减小,但随着水深的增大,水深对减小熔宽的作用逐渐减小.随着电流的增大,焊缝余高增大,且比电弧电压对余高的作用明显.     

自保护药芯焊丝工艺性评价

采用高速摄影、电弧参数快速采集分析系统以及焊接工艺性试验方法,对3种自保护药芯焊丝的熔滴过渡、焊接电流、电弧电压和焊接工艺性进行了试验研究.结果表明,在文中试验条件下,可以采用低于17.5 V,持续时间大于0.5 ms的电压值表征自保护药芯焊丝弧桥并存过渡,并统计出弧桥并存过渡的频次;可以计算出描述自保护药芯焊丝弧桥并...     

LiF对自保护药芯焊丝电弧稳定性的影响

采用AHXV电弧分析仪研究了芯料组成中LiF对自保护药芯焊丝焊接电弧稳定性的影响。研究结果表明，在自保护药芯焊丝中加入LiF，能够减小焊接电流的波动范围，使焊接电弧的稳定性得到改善，但LiF的加入量应控制在合适的范围内，加入量太少稳弧作用不明显，加入量过多能导致焊接飞溅增大及由于吸潮而带来的的气孔等问题。     

水下湿法焊接等离子成分计算

水下湿法焊接所产生的电弧是在带电离子气体的气泡中形成的,结合前人对水下湿法焊接气泡成分的测定,分析了水下湿法焊接气泡中气体的主要解离和电离过程,对局部热力学平衡态下的不同水压、不同温度的水下电弧成分采用potapov模型进行了计算,其主要理论依据为Dalton分压定律、质量作用定律、电荷准中性条件和化学计量平衡条件.结果表明,随着水压由0.101 3 MPa变化到1.013 MPa再到10.13 MPa,离子体内H+,O,C,O+,C+的数密度呈现逐渐增加的趋势,同时电子数密度和离子体密度也跟随增加.而离子体总体平均电离度不受水压的影响.为进一步计算水下湿法焊接电弧的输运系数和水下电弧的仿真打下了基础.     

水下湿法自保护药芯焊丝

开发了一种新型水下湿法自保护药芯焊丝,采用模拟压力舱以及自动焊接系统,在30米模拟水深的条件下进行了焊接试验,焊接结果表明焊接过程稳定,成形良好.按照美国焊接协会水下焊接标准（ANSI/AWS D3.6 1999）对获得的焊接接头的抗拉性能、弯曲性能、硬度以及冲击韧性等进行了研究.拉伸试验试件断裂位置位于母材区,弯曲试验试件弯曲180°没有发生断裂,并无明显裂纹产生,0℃冲击韧性达到30.25J/cm2.研究结果表明,自主研发的水下湿法自保护药芯焊丝可满足CCSE36等级钢的水下30米水深的焊接性能要求.     

Study correlating the bubble phenomenon and electrical signals in underwater wet welding with covered electrodes

The bubble phenomenon in underwater wet welding is very important to the final quality of the weld. A good understanding of the formation and collapse of the bubbles and knowledge of the behaviour of welding parameters during the process can improve the practices used in underwater welding and, consequently, improve the final quality of the weld. This study was developed to understand and try to correlate the phenomenon of growth, detachment and frequency of bubbles with electrical signals during the welding process. Beads were made on plate metal at a depth of 0.50 m, with three types of commercial coated electrodes: E6013, E7024 and E7018. High-speed filming to visualize the process of formation, detachment and counting of the bubbles was performed, along with acquisition of their electrical signals. Thus, it was possible to try to correlate the bubble frequency with the electrical signals observed during the process. It was observed in the current data that the mean number of variations under 5% of the mean current is similar to the mean detachment rate of the bubbles. Therefore, it was concluded that there is a possible relationship between bubble detachment and a determined variation in the current.     

水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧静特性

为了研究水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧特性,在自制的能够模拟不同水深的高压舱焊接系统内进行了一系列试验.并用编写的Lab View程序在采集到的电弧电压和焊接电流数据中选取焊接时较稳定的数据绘制电弧静特性曲线,对比分析了在相同的焊接工艺参数下常压空气中平板工件焊接和在浅水环境下水下湿法FCAW的电弧静特性,同时研究...     

Sensitivity model for prediction of bead geometry in underwater wet flux cored arc welding

To investigate influence of welding parameters on weld bead geometry in underwater wet flux cored arc welding (FCAW), orthogonal experiments of underwater wet FCAW were conducted in the hyperbaric chamber at water depth from 0.2 m to 60 m and mathematical models were developed by multiple curvilinear regression method from the experimental data. Sensitivity analysis was then performed to predict the bead geometry and evaluate the influence of welding parameters. The results reveal that water depth has a greater influence on bead geometry than other welding parameters when welding at a water depth less than 10 m. At a water depth deeper than 10 m, a change in travel speed affects the bead geometry more strongly than other welding parameters.     

光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.