高频复合双钨极氩弧焊电源研制

提出了一种优质高效低耗的新型非熔化极高频复合双钨极氩弧焊方法,并研制出新型高频复合双钨极氩弧焊电源,能同时输出两路电流波形:一路为高频方波脉冲电流,脉冲频率0～80 kHz,脉冲基值0～300 A,峰值0～400 A,占空比0～100%,电流变化率大于50A/μs;另外一路为变极性方波脉冲电流,频率0～100 Hz,电流幅值0～500 A,占空比0～100%,电流变化率300 A/ms。采用并联结构的主电路拓扑及DSP+SG3525A的模数混合控制系统,通过软件编程实现焊接电流给定信号与PWM信号的同步输出,可实现高频方波脉冲电流和变极性方波脉冲电流的同时输出。测试结果表明,设计的高频复合双钨极氩弧焊电源达到了预期设计目标。     

堆覆速度对等离子弧双填丝增材制造碳钢堆覆层组织和性能的影响

以H08Mn2Si低合金碳钢焊丝为丝材,采用等离子弧双填丝增材制造工艺在Q235钢板上以不同的堆覆速度制备了多层堆覆层试样,研究了堆覆速度对堆覆层宏观尺寸、显微组织和力学性能的影响。结果表明:随堆覆速度的增大,堆覆层表面的成形质量变好,层间纹路变清晰,宏观尺寸减小;堆覆速度越高,堆覆层中的铁素体晶粒越细小,珠光体含量越多,组织均匀性越好;随堆覆速度的增大,堆覆层在纵向和横向的抗拉强度均增大,伸长率略有降低,内部平均显微硬度增大;拉伸断口均呈纤维状,存在大量韧窝,发生了韧性断裂。     

基于Matlab/Simulink的全数字控制双脉冲焊建模和仿真研究

应用Matlab/Simulink工具对数字控制逆变焊机进行了整体仿真研究,建立了同时带有功率逆变器、数字控制系统和动态电弧负载的系统仿真模型。从整体上对数字控制逆变焊机系统进行了仿真研究,提出用受控源的方法实现了动态电孤负载模型与系统的连接。仿真结果和实验波形吻合,证明了所建的系统仿真模型的正确性,该仿真研究可以应用于弧焊数字控制器的实现和系统的动态分析。双脉冲焊焊铝具有鱼鳞状焊缝表面美观、有效抑制气孔发生和降低裂纹敏感性等优点。基于所建系统仿真模型,在此对全数字控制的双脉冲焊进行了仿真研究。     

TIG-MIG双面对称焊焊缝成形机理研究

就纯铝中薄板,通过单面TIG、MIG和TIG-MIG双面对称焊工艺试验对比,利用ANSYS有限元计算软件进行了TIG-MIG双面对称焊熔池的数值模拟,研究了TIG-MIG双面对称焊的熔池特征及焊缝成形规律。研究表明,TIG-MIG双面对称焊的热源静态累积效应和动态热阻效应使得此焊接方法熔深大大增加,TIG、MIG熔池在焊接过程中发生交汇并在电弧力、熔池表面张力和重力等作用下达到平衡,并由此形成焊缝反面成形。TIG-MIG交汇熔池的稳定性决定焊缝的反面成形特征。     

双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢组织与特性研究

针对等离子单填丝增材制造电弧热量利用率低和熔丝效率低,容易造成增材金属过热的问题,以高氮钢丝材为熔化材料,采用单电弧双填丝共熔池的等离子弧增材制造工艺制备了高氮钢直壁体试样.采用游标卡尺、光学显微镜、扫描电镜和力学性能试验等手段,分别对单填丝和双填丝两种工艺增材直壁体的成型尺寸、熔敷效率、显微组织、力学性能和断裂形式进行了对比检测分析.然后详细考察了丝材熔敷量增加对试样组织和力学性能的影响,并分析双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢构件的组织变化规律和性能变化规律.结果表明,相对于单填丝增材工艺,在同样的增材电流下,双填丝增材工艺中总填丝速度可以成倍增加,分层更加清晰,平均有效熔敷效率提高92％.试样的显微组织大部分为平行增材方向奥氏体柱状树枝晶,存在少量的δ铁素体和弥散分布的氮化物,少量奥氏体树枝晶生长的方向出现不一致.在同样的电弧进行速度下,双填丝等离子弧增材制造的试样的抗拉强度均有明显提升,最大提升可达到44 MPa;断后伸长率均有增加,最高提升了9.4％.试样的显微硬度比单填丝增材试样的显微硬度略有提高.     

智能短路过渡二氧化碳气体保护电弧焊数字控制系统

针对目前通用二氧化碳弧焊机在短路过渡区间焊接时存在的问题,基于DSP和MCU的全数字控制系统平台,从数字控制角度出发,引入分级递阶智能控制理论,设计并实现了二氧化碳气体保护电弧焊分级递阶智能全数字控制系统.该系统按照组织级、协调级和执行级进行构建,有机地将专家系统、模糊控制、数字PI控制器结合起来.试验结果表明,设计的智能短路过渡二氧化碳气体保护电弧焊数字控制系统取得较为理想的波形控制效果,实现了焊接过程控制的智能化,全面提升了二氧化碳气体保护电弧焊机的性能.     

电弧填丝增材制造的宽度尺寸建模及分析

基于二次回归通用旋转组合试验,设计了单道多层直壁体的等离子弧填丝增材制造试验,建立了电弧增材制造堆覆层宽度关于堆覆电流、堆覆速度以及送丝速度的二次回归模型,有效预测了堆覆层宽度。试验结果表明,上述3个参数对堆覆层宽度的影响为堆覆速度最大,堆覆电流次之,送丝速度对堆覆层宽度的影响最小;不考虑送丝速度的影响,堆覆电流与堆覆速度相互作用下对堆覆层宽度的影响大小为:大电流(134 A~140 A)低堆覆速度(20 cm·min~(-1)~24 cm·min~(-1))小电流(110 A~116 A)高堆覆速度(36 cm·min~(-1)~40 cm·min~(-1))大电流(116 A~134A)高堆覆速度和小电流低堆覆速度中等电流与中等堆覆速度(24 cm·min~(-1)~36 cm·min~(-1))。     

5A06铝合金GMAW熔透接头组织与性能对比研究

针对5A06铝合金薄壁油箱焊缝形式多样、焊接效率低、难以实现焊接自动化等问题,采用AC-CMT、CMT、P-MIG和CMT+P四种GMAW工艺进行试验,并对比研究了四种工艺下的焊缝成形特征、气孔分布、显微组织和接头性能。结果表明,P-MIG接头的正面余高最小,熔透时所需热输入最低,焊缝纵截面和横截面观察区域内尺寸为10~100μm的气孔数量均最少;四种工艺接头焊缝区的显微组织均由α-Al基体和β-Al3Mg2析出相构成,相较于AC-CMT与CMT工艺,P-MIG与CMT+P接头焊缝区晶粒尺寸较大,热影响区宽度较宽;P-MIG接头抗拉强度最高(318 MPa),为母材的89.1%,且接头弯曲到180°时未开裂;P-MIG和AC-CMT拉伸断口无气孔,CMT与CMT+P接头拉伸与弯曲断口均可明显观察到较多气孔。综合比较,气孔最少、抗拉强度最高和弯曲性能较好的PMIG工艺更加适合5A06铝合金薄壁油箱的机器人自动化焊接。     

基于蓝牙通信的焊接电源数字化控制系统

随着焊接设备的智能化、信息化、自动化和网络化的快速发展,针对以往有线和无线焊接通信系统不易安装升级、抗干扰能力弱、数据传输速度慢等问题,提出了基于蓝牙通信的焊接电源数字化控制系统的设计方案。以TMS320F28033 DSP芯片作为控制系统的核心,设计了焊接电流和电弧电压采样电路、脉宽调制信号放大电路、CAN通信等外围电路,组成了一套焊接电源数字化控制硬件系统。以片上系统CC2540作为蓝牙通信的核心,设计了采用蓝牙4.0协议传输的焊接过程信号无线通信模块,通过蓝牙无线数据传输实现人机交互。无线通信测试结果表明,DSP数字焊机控制系统能够实现焊接过程信号的远程无线传输功能,通信距离远,且数据传输稳定。     

WPAAM弧长智能预测与过程监控系统设计

在丝材等离子弧连续增材制造过程中,由于电弧加热过程中热积累导致实际堆敷层高度与设计堆敷层高度出现差异,造成弧长长度难以恒定;同时工艺参数的变化也会影响增材制造过程的稳定性。因此针对丝材等离子弧增材制造,设计了基于LabVIEW的等离子电弧弧长智能预测及过程监控系统。系统以USB4711A采集卡为核心,采用传感器实时采集增材过程中的堆敷电流和电弧电压等信息,实时显示工艺参数动态信息并分析数据,同时建立了基于BP神经网络的弧长智能预测模型,以实时监测增材制造过程中弧长的变化。试验表明,该过程监测系统能够实时监测堆敷过程,通过实时调用3-7-1结构的BP神经网络,能够实时预测电弧弧长变化,预测的误差范围为-1.6~1.4 mm,达到预期要求。