GMAW短路过渡动态模型的建立

从全系统的角度建立了短路过渡GMAW系统的动态模型.在研究了短路过渡GMAW过程各物理量相互关系的基础上,在一定的条件下,以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,其中的液桥形状动态模型则采用了能量最小原理.在建立的动态模型基础上进行了仿真计算和误差分析,并进一步与实际的焊接过程进行了比较.     

短路过渡GMAW系统动态过程参数的研究

从全系统的角度研究了短路过渡GMAW系统动态过程参数的内在联系.以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,并在此基础上讨论了焊接电流的变化影响到焊丝熔化速度的动态变化,并进一步影响到焊丝伸出长度和液桥高度的动态变化.     

短路过渡GMAW系统中参数变化的预测分析

在建立了短路过渡GMAW系统动态模型的基础上，研究了与GMAW短路过渡过程有重要关系的动态参数，特别涉及到一些无法通过试验获取的参数的动态变化，并进一步讨论了有关参数间的内在联系。焊丝熔化速度与焊接电流变化规律一致，但在燃弧和短路的交替瞬间发生跳变；焊丝熔化速度直接影响到焊丝干伸长的变化和短路液桥高度的变化；短路期液桥的体积同时受到焊丝熔化和液桥金属向熔池过渡的影响。     

间隙对GMAW立焊熔滴过渡的影响及温度场特性

采用高速摄像采集系统对间隙存在及变化时GMAW摆动电弧立向上焊焊接过程中的熔滴过渡行为实时图像进行采集,分析了熔滴过渡行为对电弧质量和焊接过程的影响,结合电弧质量分析仪采集的焊接电流、电弧电压概率曲线图对试验结果加以验证和补充解释,最后通过有限元数值模拟技术对GMAW立向上焊接过程数值模型进行建立,并对瞬态焊接温度场进行验证和分析. 结果表明,随着间隙的出现及尺寸的增加(0 ~ 4 mm范围内),GMAW立向上焊熔滴过渡形式由短路过渡向特殊的滴状过渡发展,模拟结果说明GMAW立向上焊热影响区具有较大的温度梯度特性.     

Ar+O_2混合气下316L GMAW焊缝成型及飞溅率的研究

为探索使用Ar+O_2混合气的熔化极气体保护焊(GMAW)在焊接316L不锈钢时,保护气体中的O_2比例对焊缝成型的影响,分别使用95%Ar+5%O_2和98%Ar+2%O2进行了管子对接焊试验;并使用98%Ar+2%O_2的保护气分别在短路过渡和射流过渡下进行了板子的对接和堆焊试验,以研究不同熔滴过渡形式的焊缝成型和飞溅率。结果表明:使用95%Ar+5%O_2焊接时的焊缝成型优于98%Ar+2%O_2;射流过渡时的焊缝成型优于短路过渡,且飞溅率大大低于短路过渡。在焊接316L时,提高保护气体中活性气体的比例和使用射流过渡焊接均可改善焊缝成型,此外,射流过渡焊接时的飞溅率极低。     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

CO2焊短路液桥的力学分析

分析了短路液桥的重力、表面张力、电磁收缩力、气体爆破力、粘滞力的特点及其对短路过渡过程的影响。指出表面张力和电磁收缩力是短路过渡过程中的主要作用力，短路液桥的建立、失稳及破断等物理现象与表面张力和电磁牧缩力密切相关。一般情况下，表面张力促进熔滴过渡，电磁收缩力时熔滴过渡的影响则与短路液桥的形态有关。     

激光-GMAW复合焊接电弧热源形式对焊接过程参数及焊缝形态的影响

激光-脉冲GMAW复合焊接和激光-连续GMAW复合焊接两种热源形式在复合焊接中使用范围广,应用前景好.系统研究这两种热源形式和脉冲GMAW焊接以及连续GMAW焊接在焊接过程中的电参数变化特征及焊缝的形状尺寸.结果表明,激光-脉冲GMAW复合焊接中电参数平稳,焊接过程稳定,可有效地促进熔滴过渡,并且获得的焊缝尺寸较理想,熔深大、余高小,但激光功率3000W的复合焊接短路时电参数波动性增大.     

基于串热源及CCT图的GMAW焊接热影响区组织及硬度预测

将熔化极气体保护焊（GMAW）的热输入处理为三维移动串热源,建立了串热源模型,模拟了JG590低合金钢的GMAW焊接热过程,进行了JG590钢的GMAW焊接工艺实验,通过焊缝横截面熔合线的几何形状以及焊接接头的几何尺寸对所建模型进行了实验验证,分析评价了目前常用的ts／5计算公式,利用JG590钢GMAW焊接热过程的模拟结果,结合其连续冷却组织转变图（CCT图）,成功预测了焊接热影响区（HAZ）的组织及硬度．     

超声模式对GMAW短路过渡行为与焊缝成形的影响

文中研究了连续输出的超声与脉冲输出的超声对GMAW短路过渡行为与焊缝成形的影响.结果表明,焊接过程中引入连续超声与脉冲超声均能改善GMAW短路过渡行为与焊缝成形.两种模式对熔滴过渡行为的影响基本一致;在焊缝成形方面,连续超声对于焊缝熔深的影响更为显著.具体结果为普通GMAW短路过渡周期约为86.5 ms;连续超声辅助GMAW短路过渡周期约为79 ms;脉冲超声辅助GMAW短路过渡周期约为76.5 ms.普通GMAW的熔宽为5.06 mm、熔深为0.361 mm,焊缝余高为1.253 mm. 与普通GMAW相比,连续超声辅助GMAW焊缝熔宽减小了0.4 mm,焊缝熔深增加了100%;脉冲超声辅助GMAW焊缝熔宽减小了0.19 mm,焊缝熔深增加了67.6%.     

压电驱动GMAW短路过渡行为控制

文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术,压电致动器膨胀锁止焊丝,收缩则释放焊丝.在焊丝锁止-释放过程中,可以主动驱动熔滴与熔池短路,并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡.研究结果表明,组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善,短路开始和结束都稳定可控,避免了随机短路的发生,不再依赖大短路电流强制缩颈液桥,短路过渡频率显著提升,在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz,DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差,但短路过渡频率也可达100 Hz.     

缆式焊丝CO2气体保护焊接头残余应力高效数值计算和试验

文中采用基于焊缝形貌的温度热源模型高效计算其热过程,通过单丝CO2气体保护焊堆焊件的温度场计算和焊缝形貌比较验证该热源模型的正确性,采用小孔法测试表面应力验证基于该热源模型的残余应力计算结果.结果表明,基于焊缝形貌的给定温度热源模型适用于缆式焊丝CO2气体保护焊的焊接温度场高效数值模拟;缆式焊丝CO2气体保护焊的上表面焊缝区域及焊缝中心沿厚度方向的应力分布与埋弧焊基本一致,但远离焊缝区域的纵向压缩应力幅值大于埋弧焊纵向压缩应力.     

旋转电弧GMAW堆焊短路过渡熔池动态仿真

为探究旋转电弧GMAW堆焊短路过渡时熔池的温度和对流分布规律,利用Flow-3D软件建立三维数学模型,采用球形旋转热源模型,考虑重力、熔滴拖拽力、表面张力、浮力作用,模拟了堆焊状态下,工件材料为Q235的旋转电弧GMAW短路过渡的熔池成形规律. 采用流体体积法追踪熔滴过渡和熔池表面的自由变形,并分析熔滴进入熔池时熔池内部温度场和流场的变化. 结果表明,熔池形成过程中,旋转熔滴对熔池有搅拌作用,并使熔池内部液态金属活性增强,流速变快,熔池内部液态金属体积变大,熔池的宽度变大. 模拟预测的焊缝尺寸、形状与试验吻合良好. 为优化焊接工艺参数、改善旋转电弧GMAW堆焊焊缝质量提供参考依据.     

激光+GMAW复合热源焊流体流动数值分析模型

基于FLUENT软件,建立了适用、高效的激光+GMAW复合焊流体流动数值分析模型. 将电弧热输入视为双椭球热源模型,采用基于小孔尺寸的锥体热源模型描述激光热流分布;将金属填充过程视为液态金属从熔池上部边界以一定速度流入熔池过程,并通过对液态金属流速施加时间脉冲函数,模拟熔滴的过渡频率;模型简化了小孔的计算过程,主要考虑熔池中存在的弯曲小孔对流体的影响. 利用FLUENT软件,对激光+GMAW复合热源焊熔池流体流动及小孔形态进行了模拟计算和分析. 结果表明,模型能够合理反映小孔及复合焊流体流动模式的主要特征,且提高了计算效率.     

焊接速度和焊接电流对竖向高速GMAW驼峰焊缝的影响

运用自主研发的爬壁机器人研究焊接速度和焊接电流对竖向高速熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)驼峰焊缝的影响. 结果表明,焊接速度或焊接电流超过某一临界值时,竖向高速GMAW会形成驼峰焊缝,且熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生的动量很大的后向液体流是竖向高速GMAW形成驼峰焊缝的主要原因. 同时,焊接速度和焊接电流显著影响驼峰焊缝形貌. 当焊接电流不变时,随焊接速度提高,驼峰焊缝的驼峰间距和驼峰高度先稳定减小,后缓慢减小,而焊缝宽度则稳定减小;当焊接速度不变时,随焊接电流增加,驼峰焊缝的驼峰间距先增加后减小,驼峰高度则是先增加后不变,而焊缝宽度则稳定增加. 此外,焊接速度过小或焊接电流过大均会造成金属液下淌.     

GMAW焊接熔滴过渡动态过程的数值分析

以流体动力学、电磁理论及VOF方法为基础建立了熔滴过渡的动态模拟模型，模型中考虑电磁收缩力、表面张力、等离子流力的影响．利用建立的模型模拟了熔滴的形成、长大及脱离过程，计算了电流对过渡熔滴尺寸及频率的影响，计算结果与实验结果吻合较好．计算了不同阶段的熔滴中的流场，并利用计算的流场分析了熔滴的脱离机制。     

电源电压对水蒸气保护焊短路过渡过程的影响

水蒸气保护电弧焊由于其独有的特性，在工程上有一定的替在应用价值，但是它存在与CO2焊相似的焊接工艺问题，如飞溅大、焊缝成影差等。实验发现，在送丝速度给定的情况下，匹配合适的电源电压可得到较好的焊接效果。利用燃弧阶段的焊丝熔化模型和短路过渡液桥失稳模型分析了电源电压对短路开始时液桥长度，以及短路过程中液桥失稳颈缩时的电流和所需时间的影响规律．从而可以解释水蒸气保护电弧焊在电源电压合适时可使短路峰值电流降低和短路时间缩短。从而使焊接过程稳定、飞溅减少。模型计算结果可用于指导正确选择焊接规范。