A-TIG焊接熔深增加机理

活性化氩弧焊(A-TIG)焊接方法与传统TIG焊相比,具有明显的熔深增加作用.模拟了Nimonic 263 A-TIG焊接流场温度场,并对试验与模拟焊缝形状进行了对比.结果表明,同一焊接电流下,与TIG焊缝相比,A-TIG焊缝的熔深较深而熔宽较小.随着焊接电流的增加或者焊接速度的降低,A-TIG焊缝熔深呈线性增加,且比TIG焊的熔深增加效果明显.通过分析流体流动方式,进一步推测了A-TIG熔深增加机理:熔池内液体流动方式是熔深增加的主要原因,熔池中心处液体的流速明显高于熔池边缘,中心由外向内的环流为熔池内液体流动的主导方向.这个方向的环流将高温液体带到熔池底部,使熔池底部的熔化速度较熔池边缘有了明显的增加,且随着焊接电流的增加,熔深增加效果也不断提高.     

固定点状态下TIG焊接熔深信号的检测及分析--焊接熔深检测的初步探讨

本文采用特殊的恒压焊接电源,建立了一套微计算机控制的实验装置。在TIG 固定点弧焊情况下,通过在正常焊接电流的基础上,每隔一定时间施加一瞬闻激振脉冲电流来激励焊接熔池产生振荡,然后检测电弧电压,以获得激振脉冲过后的焊接熔池振荡信号的方法,对实时测定焊接熔深作了初步探索。在对信号分析的基础上,研究了焊接熔池振荡频率与焊接熔深之间的关系,并建立了相应的数学模型——焊接熔池波动方程。利用有限差分法求解了焊接熔池波动系统的特征值问题,得到了焊接熔池振荡频率与焊接熔深之间关系的数值解.1Cr18Ni9Ti、20~3、16Mn 三种不同材料的实验结果与理论计算结果的吻合程度良好。     

单电弧TIG焊咬边影响机理的数值模拟研究

避免咬边是提高焊接速度的关键问题.通过对TIG焊温度场进行数值模拟,找到TIG焊在不同焊接速度时熔池成形规律.研究表明:焊接熔池中熔宽最大的位置滞后于熔深最大的位置,影响咬边产生的关键在于动态深宽比.在对模型校核的基础上,从动态深宽比的角度分析了TIG高速焊接时的咬边问题,指出在焊接电流相同的条件下,随着焊接速度的提高,熔深和熔宽都将减小,但熔深减小更多,所以动态深宽比减小,熔池表面张力向内的合力增大,容易产生咬边.即使在保证熔深相同的前提下,随焊接速度的提高,熔池的动态深宽比也会越来越小,导致咬边倾向增加.     

基于视觉传感的电子束深熔焊熔透点的判别

基于视觉传感的方法,对钛合金电子束焊熔池表面特征量进行了提取.结果表明,当焊缝从未熔透向熔透状态过渡时,熔池宽度和熔池长度均明显减小,其中以熔池宽度的减小尤为显著.因此,选择熔宽作为判断熔透点的特征量.经分析熔宽可以作为熔透特征量,用于监测焊接过程中熔深状态的改变,为钛合金电子束焊熔透控制提供了一种有效途径.     

基于旋转GAUSS曲面体热源模型的激光焊接热过程的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型.采用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了激光深熔焊接时的温度场分布规律和"钉头"状的熔池形状,数值模拟结果与实验结果基本吻合.     

活性MAG焊电弧特征及熔池流动分析

提出了活性熔化极气体保护焊新方法,可增加焊接熔深,改善难熔焊接结构的熔合不良,获得高质量的焊接接头.对活性熔化极气体保护焊电弧状态和熔池表面形态进行了采集和分析,用钨粒子示踪法进行试验,分析了电弧形态和熔池流动.结果表明,活性熔化极气体保护焊电弧收缩显著,电弧形态更加集中,熔池内部液态金属的流动方向为从熔池周边向中心流动,熔池流动更为有序.对于钢的活性熔化极气体保护焊方法,熔池流动行为改变是增加焊接熔深的主要因素.     

光纤激光焊接熔池和小孔的高速摄像与分析

采用主动光源和光学窄带滤光片等辅助器件,利用高速摄像技术对光纤激光焊接过程中的熔池和小孔进行了拍摄,获得了较为清晰的熔池和小孔图像,以及不同激光功率下光纤激光焊接熔池和小孔的实际尺寸,可以为光纤激光焊接熔池和小孔的模拟提供可靠的参考依据。对高速摄像图片和焊缝熔深波动以及焊缝形貌进行了分析。结果表明:小孔前沿附近是光纤激光焊接过程中飞溅产生的主要区域;利用高速摄像可以监测焊缝的熔深变化;熔池温度最低的区域为熔池后部的中轴线两侧,而非熔池边界处。     

304不锈钢激光深熔焊元素蒸发及焊缝合金含量变化

通过模拟和试验的方法对激光深熔焊304不锈钢焊缝合金成分变化进行了研究. 利用电子探针X射线显微分析对母材及焊缝中的Fe,Cr,Mn,Ni元素含量进行分析. 基于对焊接熔池温度场和流场的计算,建立了深熔激光焊元素蒸发和焊缝合金含量变化的模型. 结果表明,深熔激光焊元素蒸发主要发生在小孔及熔池表面,其中小孔内金属蒸发强烈,而小孔外的熔池表面蒸发量较小. 与母材相比,焊缝中Mn,Cr元素含量减少,而Ni,Fe元素含量增加. 焊缝合金含量变化随焊接功率增大而减小,但对于焊接速度的改变不敏感. 计算结果与试验检测结果吻合良好.     

激光深熔TIG复合焊电弧特性及熔池行为的研究

对10 mm的Q345B板进行光纤激光与深熔TIG旁轴复合焊接实验,探究激光与电弧的最佳复合方式,利用高速摄像系统观测电弧形态和熔池行为的变化,并分析激光对电弧和熔池的影响机制。实验结果表明:焊枪垂直,激光倾斜30°的复合方式所得到的焊缝熔深最大。复合焊接利用激光增强熔池金属流动的特性弥补了深熔TIG高速焊接焊缝无法成型的缺陷。     

大功率光纤激光焊熔透状态模糊聚类识别方法

熔透是评价激光焊接质量的重要因素,但在焊接过程中难以直接检测熔透状态.以大功率光纤激光焊接304不锈钢紧密对接焊缝为试验对象,研究一种基于熔池红外热像的熔透状态识别方法.采用红外摄像机摄取焊接区域熔池动态图像,提取熔池特征量,应用模糊聚类算法分析熔池特征量与熔透状态之间的关系,使用模糊C-均值（FCM）和Gustafson-Kessel（GK）两种模糊聚类法建立熔透状态识别模型.激光焊接试验结果表明,熔池表征与熔透状态之间存在密切关联,通过GK模糊聚类算法建立的模型对熔透状态能达到78%以上的识别率,为大功率光纤激光焊接过程熔透状态的识别和控制提供试验依据.     

非穿透激光深熔焊熔深与等离子体光信号的关系

对于非穿透激光深熔焊而言 ,焊接熔深是最重要的质量参数之一 ,对其进行实时监测具有重要意义。通过采集和分析激光焊接过程中等离子体光信号以探索焊接熔深的实时监测技术。研究结果表明 ,当激光功率不变时降低焊接速度 ,或焊接速度不变时提高激光功率 ,在焊缝熔深加大的同时 ,采集到的等离子体光信号强度亦呈明显上升趋势 ;在工艺参数不变的同一焊缝内 ,对应焊缝光信号的频谱图中存在明显主频 ,且随着焊接线能量的提高 ,主频率下降 ;同一焊缝内由于某些不稳定因素导致局部焊缝熔深变化超过 8%时 ,等离子光强明显下降 ,而对应该段信号的幅值谱不存在明显主频率。     

不锈钢激光焊焊缝成形的数学模型

在304不锈钢的激光深熔焊中,通过工艺试验,研究了激光焊接工艺参数与焊缝形状参数之间的关系.采用二次通用旋转回归设计方法设计了试验方案.通过对试验数据的统计检验,求出了置信度较高的以功率、速度和离焦量为因子的熔池形状回归方程.通过相关性分析,揭示了各个因子对焊缝成形的影响规律.随着激光功率的增大,熔深、熔宽、束腰高、束腰宽都增加;焊接速度增加时,熔深、熔宽、束腰高、束腰宽都减小,熔宽到一定水平后不再减小,而熔深则一直减小;当离焦量由负离焦向正离焦转变时,熔深和束腰高都呈现先增大后减小的趋势,而熔宽和束腰宽则呈现出相反的趋势.当离焦量水平为0时,熔宽达到最小值.     

基于弧压反馈的薄板GTAW智能熔透控制

薄板GTAW的熔透控制是保障其焊接质量的关键,而焊接熔透的智能传感与识别是其中的核心难题. 传统的焊缝背面直接视觉传感可以有效提取熔透控制信息,但是往往因为可达性受限而不能使用. 因此,文中对基于GTAW弧压电信号的传感焊接熔透进行研究,基于弧压反馈提取焊接熔透信号,进而调节焊接电流波形保证焊缝均匀熔透而不发生烧穿. 试验采用4 mm厚热轧钢板、3 mm厚冷轧钢板进行表面堆焊. 结果表明,在不同电流形式下堆焊试验中验证了控制原理,反馈智能调节,变散热条件以及变间隙试验均可得到较美观的焊缝.     

辅助增强匙孔气流对激光焊接不锈钢组织和显微硬度的影响

以HR-2抗氢钢为试验材料,利用板条型CO2连续激光器,采用喷嘴在前、入射角为60°的匙孔增强气流,进行了不同参数下的激光焊接试验.结果表明,在气流辅助增强匙孔激光焊中,匙孔气喷嘴在前的布局对熔池扰动小,能获得较好的焊缝成形;与传统激光焊接相比,熔深增加、熔宽明显减小,焊缝形状呈葫芦型,这是匙孔气流压制等离子体、使匙孔向底部凹陷的结果;从焊缝组织来看,增强激光焊焊缝的柱状晶较短小,焊缝中心呈现等轴晶形态,属于FA的不锈钢凝固模式.与传统激光焊不同,气流辅助增强匙孔激光焊的焊缝、热影响区显微硬度与母材相当,这可能是引入的增强匙孔气流改善了焊缝金属的冷却条件,更少铁素体析出的结果.     

Microstructure of stainless steel weld in double-sided arc welding

Double-sided arc welding with a single power source can effectively increase the weld penetration, diminish distortion, improve welding speed and save energy. Compared to conventional arc welding processes, double-sided arc welding can generate a penetrating electromagnetic field to help to form fine dendritic microstructure in the weld due to the symmetry of heating. Type 1Cr18Ni9Ti austenitic stainless steel was bead-on-plate welded with double-sided arc welding and conventional plasma arc welding processes, respectively, and microstructure in the weld, heat-affected zone and base metal were examined. After analyzing the black carbon-enriched band in the weld during plasma arc welding with electron probe microanalyzer (EPMA) and X-ray diffraction (XRD) technology, it was found that the black band was shaped from the aggregation of ferrite in the fusion boundary. Hardness measurement showed that this black band does not apparently affect the microhardness distribution in the weld.     

TIG焊和PAW焊中活性剂对焊缝熔深的影响

针对常规TIG焊生产效率低、熔深小等问题，研究了TIG焊和PAW焊中应用活性剂对焊缝熔深的影响。结果表明，应用活性剂后，在同样的参数下，同传统TIG相比，活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。对于PAW焊，熔深也有增加，但是增加的幅度不如TIG效果明显，但对焊缝成形有很好的改善。同时，活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金，活性剂除了增加焊缝的熔深外，还能够大幅度地消减焊缝产生的气孔。     

焊接电参数对GTAW熔透状态的影响

针对非熔化极气体保护焊(gas tungsten arc welding, GTAW)过程中因焊接参数波动、热传导条件变化难以实时检测和控制熔透的难题,考虑304不锈钢相变潜热随温度的变化,建立了焊接电参数与熔池相变潜热、背面熔宽间的动态变化数学模型,仿真研究了改变焊接电流、电弧电压对焊缝熔透状态的动态影响规律,预测了恒定电参数下点焊熔透状态发生改变的时间. 采集了同参数焊接过程中表征熔透状态变化的反射激光点阵视频图像,统计计算了实际熔透发生改变的时间. 结果表明,所建立的动态数学模型能够反映焊缝熔透状态随电参数的动态变化过程,且焊接电流对熔透状态的影响更显著;熔透变化预测时间与实测时间一致.     

MB8镁合金CO2激光焊接工艺及接头性能

采用高功率CO2激光器对MB8镁合金进行一系列激光焊接工艺试验,并对焊缝成形的形成规律、接头的微观组织和力学性能进行研究.结果表明:焊缝熔深基本和激光功率呈正比关系,激光功率每增加1 kW,熔深约增加2 mm.焊缝熔合区组织主要由粗大的等轴晶组成,晶粒内有连续析出的条纹状β-Mn,晶粒尺寸约为60μm;热影响区组织为相对细小但大小不一的等轴晶,晶粒尺寸为15~40μm.在消除焊缝表面缺陷后,焊接接头抗拉强度能达到基材的90%左右.此外,熔合区内的粗大晶粒、晶粒内连续分布的第二相及焊缝内气孔缺陷是造成接头拉伸性能低于基材的主要原因.     

铝合金脉冲激光焊Mg元素烧损行为及接头硬度分布

采用Nd:YAG脉冲激光对1mm厚5A05铝合金板进行焊接,结合激光焊物理过程,研究和分析了焊接工艺参数(脉冲能量、脉冲宽度、焊接速度和离焦量)对Mg元素烧损和焊缝熔深的影响,以及焊缝中Mg元素含量的变化和接头的硬度分布.结果表明,Mg元素烧损受熔池搅拌作用的影响,随搅拌作用增强和焊缝熔深的增加,焊缝中Mg元素烧损率减小;受Mg元素含量和冷却速度影响,焊接接头硬度在熔合线附近具有最大值,在焊缝中从表面到熔池底部硬度先减小再增大.     

VPTIG焊接电流参数对电弧形态及焊缝质量的影响

采用高速录像系统、记忆示波器同步实时采集变极性氩弧（VFFIG）焊接电流、电弧形态信息,比较分析了VFFIG焊接电流频率、直流电极接负（DCEN）时间和直流电极接正（DCEP）时间、DCEN及DCEP电流幅值5个参数对电弧形态及焊缝质量的影响。结果表明,通过调节以上5个参数,可以控制电弧形态、电弧力及焊接热输入,从而控制熔深及焊缝正反面成形;控制焊缝两侧清理区宽度;减少钨极烧损。采用平板对接低频脉冲调制铝合金VFFIG焊接工艺,单道焊熔深可达6min,焊缝成形良好、质量可靠。