双钨极TIG电弧压强分布及其与等离子体喷射的关系

建立一个三维的统一的双钨极TIG焊模型,利用磁流体动力学理论对双钨极、电弧、阳极三个区域进行统一求解,获到双钨极电弧的压强分布,探究等离子体喷射与对电弧压强的关系。研究发现,双钨极TIG在钨极下方、阳极上方以及两束等离子体流交汇处存在较大的电弧压强,这些高压区的形成与等离子体喷射存在因果关系。计算发现,双钨极TIG焊在阳极表面上的最大压强远小于单钨极TIG焊的,这为双钨极TIG焊的应用提供了一些理论基础。     

双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.     

单电源双丝脉冲MIG焊交替燃弧的电弧行为

搭建了单电源并联并列式双丝脉冲MIG焊接工艺试验系统,在试验过程中采集了双路焊接电流及电压信号,并对焊接过程中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,分别研究了焊丝间距,电弧电压两个因素对单电源并联并列式双丝脉冲MIG焊交替燃弧过程的影响.结果表明,随着焊丝间距增加,电弧电压增大,交替燃弧频率减小,交替现象显著.焊接过程中产生的带电粒子的行为方式是交替燃弧现象的重要影响因素.     

气体保护焊烟尘形成机理分析

以H08Mn2Si实芯焊丝的熔化极气体保护焊和SJ501药芯焊丝的CO₂保护焊为对象,探讨了气体保护焊烟尘粒子的粒径分布特征和形成机理. 采用准光弹性散射法测量烟尘粒径,并利用透射电镜(TEM)、能谱(EDS)对烟尘粒子的形貌、结构和化学成分进行了观察和分析. 结果表明,两种工艺形成的烟尘一次粒子都呈球形,表面圆滑,直径一般小于200 nm,大多数烟尘粒子都是铁的氧化物. 研究还发现,烟尘的二次粒子为链状或网状结构,由大量一次粒子聚结而成,与实芯焊丝的熔化极气体保护焊形成的烟尘相比,药芯焊丝CO₂焊形成的烟尘化学成分更复杂,烟尘二次粒子更细小.     

熔化极脉冲氩弧焊熔滴滴落过程的分析

采用数字图像处理技术,对熔化极脉冲氩弧焊熔滴滴落过程的高速摄像图片进行了处理,提取了熔滴的边缘轮廓并获得了熔滴质心的变化坐标,得到了熔滴滴落过程中速度变化曲线. 结果表明,熔滴在弧柱区的滴落过程为匀加速,而在近阴极区和近阳极区却是减速的,且近阴极区减速幅度较大;并对熔滴在弧柱区的受力过程进行了定量分析,其主要受到等离子体流拉力和重力的作用,以及对近阴极区进行了相关的定性分析,其速度的减小主要是因为金属熔池蒸气反力的阻碍作用和等离子体流拉力的减小,理论分析与试验结果较为吻合.     

脉冲参数对脉冲埋弧焊过程动态仿真波形的影响

针对变速送丝调节系统脉冲埋弧焊可调参数众多的问题,在所建仿真模型的基础上对其脉冲参数的选择进行了研究。分别讨论了脉冲频率、脉宽比、峰值电流和基值电流对仿真波形的影响,为实际生产试验中最优化参数的选择提供了快捷、直观的方法,为脉冲埋弧焊的推广应用奠定了基础。     

激光+双丝脉冲MAG复合焊的焊接稳定性

研究激光和Ar+He混合气体中He气体体积分数对激光+双丝脉冲MAG复合焊焊接稳定性的影响。搭建激光+双丝脉冲熔化极活性气体保护(Metal active-gas, MAG)复合焊焊接系统,利用LabVIEW信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态和熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察后丝短路和前丝断弧情况并对前丝电弧电压进行单因素方差分析,研究Ar+He混合气体中He气体体积分数对焊接稳定性影响;比较焊接过程中激光的有无对熔滴过渡的影响,分析激光对焊接稳定性影响。结果发现随着He气体体积分数增大,后丝对应短路次数增多,当He气体体积分数为50%时,前丝出现断弧现象,大于50%,断弧时间随之增加,焊接稳定性变差;激光+双丝脉冲MAG复合焊和双丝脉冲MAG复合焊相比,加入激光可稳定电弧,为熔滴提供一附加力,该力促进熔滴过渡,使熔滴过渡尺寸减小,加大过渡频率,改善熔滴过渡,提高焊接稳定性。     

焊接多信息同步采集系统构建

为了更有效地提取有价值的焊接信息,建立了可实现对焊接电信号、高速摄像与光谱信息的同步采集的焊接多信息同步采集系统。并对给定触发脉冲下获得的焊接电信号、高速摄像照片和光谱信息进行比较分析,发现这三者在时间上具有很好的对应关系。即实现了焊接多信息的同步采集与分析,对进一步诊断其他焊接方法在各种状态对电弧的影响奠定了基础。     

脉冲埋弧焊技术在X80钢焊接中的应用

为提高X80级钢管的焊接效率,必须加大埋弧焊接电流,然而这会导致焊缝区晶粒长大及相关性能下降.脉冲埋弧焊工艺通过改变加热方式并利用脉冲电流的震荡作用细化焊缝组织的晶粒,从而提高焊接接头的性能.利用林肯DC1500焊机与自行开发的脉冲控制器构建了应用于钢管制造的脉冲埋弧焊接系统,通过试验对比,发现经脉冲电流焊接的接头具有更细的晶粒,显示了脉冲埋弧焊技技术在制管行业应用推广的前景和优势.     

高强钢X70海管的药芯焊丝气体保护焊工艺

针对X70管线钢使用范围广泛,而采用焊条电弧焊焊接效率不高的情况下,本文对使用气保护药芯焊丝焊接X70钢的焊接工艺进行了研究.依据X70钢的焊接性能与海管使用环境的要求,进行了焊接工艺试验.依据美国石油行业标准API 1104和HZ25-3/1焊接检验规格书对试验结果进行了分析,试验结果表明:焊缝经NDT检验,质量合格,力学性能良好.该焊接工艺成功应用于HZ25-3/1项目的X70管线立管的预制焊接中,焊接接头质量合格,焊接效率较采用焊条电弧焊工艺提高1倍以上.