高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

不锈钢/碳钢TIG焊熔池表面流动行为

为研究异种钢在钨极惰性气体保护焊过程中的熔池表面流动行为,以粒子示踪法为基础,通过激光熔池表面反射的方法,对304不锈钢/Q235碳钢、316L不锈钢/Q235碳钢焊接过程中熔池表面液态金属的流动行为进行了研究,分析了熔池表面示踪粒子的运动趋势,并以此为依据计算了熔池表面液态金属的流动速度.结果表明,在不锈钢/碳钢的TIG焊过程中,熔池表面的液态金属存在从不锈钢侧流向碳钢侧的流动行为.其中,示踪粒子在304不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为25.3 mm/s,在316L不锈钢/Q235碳钢的焊接熔池表面平均流动速度约为21.6 mm/s.     

旁路耦合微束等离子弧堆垛与熔池动态行为数值模拟

针对旁路耦合微束等离子弧增材制造堆垛过程中熔滴与熔池的动态行为,在考虑自由表面的情况下,建立一个熔滴与熔池耦合作用的传热与传质模型,分析表面张力和熔滴冲击动量共同作用下的熔池瞬态形状和复杂的流体流动行为,并通过试验验证了模型的正确性。研究发现:当熔滴携带热量冲击熔池时,熔池温度升高,熔池中的最大速度可增大到2.06 m/s;随着进入熔池的熔滴数目增加,熔池余高增加,熔宽增加,而熔深基本不变;同时,当旁路电流增大时,母材温度较低,造成更浅的熔深,更高的余高和更小的熔宽,熔池液态金属的流动也不稳定;增加熔滴间隔时间后,每一层的顶部半径随着层数增加而减小。     

铝合金脉冲MIG焊过程双变量解耦控制

针对铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metalinert-gas welding,MIG)过程中,焊接参数匹配范围窄、参数间耦合作用强、焊接过程不稳定、焊缝成形差等关键问题,提出双变量解耦的控制方案.利用视觉传感同时反馈熔宽和干伸长信号,一方面调整双脉冲占空因数进行可变双脉冲熔宽控制;另一方面,在熔宽控制的同时,改变送丝速度同步控制干伸长,在控制焊缝成形的同时保证焊接过程的稳定.设计模糊PID控制器,采用基于xPC的实时目标环境,建立铝合金脉冲MIG焊快速原型控制平台,在此基础上,利用图像视觉传感和相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方法进行双变量解耦控制试验,获得了良好的解耦控制效果,得到熔宽均匀的焊缝.结果表明,采用双变量解耦的控制方案能够实现铝合金脉冲MIG焊过程的控制,在保证焊接过程稳定的基础上,实现了良好的焊缝成形.     

Y_2O_3对激光熔覆钛基复合涂层生物性能的影响

采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V基材表面制备了生物陶瓷复合涂层。利用急性毒性实验、动物体内埋植实验以及体外细胞培养实验对钛基生物陶瓷复合涂层的生物性能进行了研究。结果表明:添加0.6%(质量分数)Y_2O_3的预置粉末和激光熔覆后的生物陶瓷涂层均无明显的急性毒性反应;动物体内分别埋植45、180 d后,与未添加稀土氧化物的复合涂层相比较,添加0.6%Y_2O_3的激光熔覆生物陶瓷复合涂层具有更好的骨小梁生成能力,且细胞在其表面生长良好;添加0.6%Y_2O_3的激光熔覆生物陶瓷复合涂层具备良好的生物相容性。     

铝/钢异种金属电弧辅助激光对接熔钎焊方法

采用小功率TIG焊电弧辅助激光热源进行5A06铝合金和热镀锌钢ST04Z对接熔钎焊工艺试验,获得表面成形连续、美观的焊缝.采用SEM,EDS,XRD,拉伸试验机、显微硬度计对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,与单纯激光相比,电弧辅助激光热源改变了焊接过程的温度场分布,从而促进液态铝向钢侧的铺展,所得对接接头最大抗拉强度可达到163 MPa,约为5A06铝合金母材抗拉强度的74%,是激光焊接头强度的1.3倍.接头过渡层形成的金属间化合物以脆硬的Fe₂Al₅,Fe₄Al₁₃为主.拉伸断裂起始于脆性的金属间化合物层,终止于韧窝断裂.     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制

脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法,它通过特定的接法引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合,利用旁路电弧的分流作用,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制,从而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的自由过渡形式,可以实现铝-钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数对焊接过程的影响,通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法,建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型;针对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题,提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案,并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明,当焊接过程受到干扰后,采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性;焊接试验证明了控制仿真的预测与分析,进行闭环控制后,焊接过程更加稳定同时得到了成形良好的铝-钢异种金属接头。     

5052铝合金/镀锌钢涂粉CO2激光熔钎焊工艺特性

以5052铝合金和热镀锌ST04Z钢为研究对象,采用预置涂粉CO₂激光搭接熔钎焊方法进行工艺试验.利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机对熔钎焊接头的微观组织和力学性能进行了研究.结果表明,涂助溶剂和粉末后,焊缝成形明显改善,镀锌层没有烧损;熔-钎焊接头过渡层最大厚度小于10 μm,针状Al-Fe金属间化合物没有向熔化的铝侧明显析出;接头具有较高的力学性能,最大机械抗载能力可达到208 MPa,约为5052铝合金母材抗拉强度的95.41%.     

保护气体成分对双丝旁路耦合电弧GMAW旁路熔滴过渡形式的影响

双丝旁路耦合电弧GMAW的旁路焊枪选择了正极性接法即焊丝接电源负极,旁路熔滴仅依靠重力向熔池过渡,旁路熔滴尺寸较大且过渡过程并不稳定.针对这一问题,采用已建立的双丝旁路耦合电弧焊接过程信号控制与高速摄像采集系统,采集了纯氩气保护时旁路熔滴过渡形式,并分析了旁路熔滴尺寸较大且过渡过程不稳定的原因.在此基础上,采用80% Ar+20% CO₂为保护气体进行了焊接试验.结果表明,焊接过程中,保护气体中的O元素在旁路熔滴表面形成了氧化膜,旁路电弧在旁路熔滴表面的氧化膜上稳定燃烧,从而使电磁收缩力重新作用在旁路熔滴上并促进旁路熔滴向熔池过渡,因此焊接过程中旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡过程更加稳定.     

电弧辅助活性TIG焊焊缝组织及性能分析

电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,AA-TIG焊)是一种新型高效焊接方式,该方法可以分为分离电弧AA-TIG焊和耦合电弧AA-TIG焊两种方式.试验采用不锈钢为母材,通过改变辅助电弧中氧气引入量,分析焊缝组织及性能的变化规律.结果表明,焊缝组织以奥氏体为主,在奥氏体边界析出少量的铁素体,此时焊缝的抗拉强度变化不大,随着氧气引入量的增大,焊缝的低温冲击韧性有所下降;相对于分离电弧AA-TIG焊,耦合电弧AA-TIG焊焊缝的冲击韧性下降较少.在氧气的引入量低于2 L/min时,耦合电弧AA-TIG焊焊缝冲击韧性较好,甚至超过普通TIG焊焊缝.