铝合金脉冲MIG焊接熔滴过渡行为的声发射信号时频域表征

通过在线检测铝合金脉冲MIG焊接过程的结构负载声发射信号,研究熔滴过渡模式和行为的时频域表征.结果表明,熔滴过渡声发射信号波形以及熔滴过渡声发射事件的有序性和周期性可以反映脉冲MIG焊接过程熔滴过渡的稳定性和周期性.随着脉冲频率和焊接热输入的增大,熔滴过渡模式由短路过渡转变为射滴过渡,过渡熔滴体积得到逐步细化,表现出递减的声发射能量释放特征.当熔滴过渡为短路过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频域范围较宽,且较为集中在高频部分;当熔滴过渡为射滴过渡模式时,熔滴过渡声发射信号的频率分布范围更窄,且集中在低频部分.随着熔滴过渡模式由短路过渡模式逐渐转变为射滴过渡模式,由熔滴过渡引入的能量变化呈现出先减小再增大的趋势.     

电阻点焊熔核形核信息的声发射信号表征

以结构负载压电传感的方式,研究借助声发射信号表征电阻点焊铝合金过程的熔核形核信息,包括焊接过程的声发射信号表征和熔核质量信息的声发射信号表征.结果表明,电阻点焊不论是稳定形核还是非稳定形核均可以用声发射信号来表征熔核形核的不同物理阶段.熔核形核的飞溅、开裂等特征事件也可以利用电阻点焊过程声发射信号的形核声发射特征参数来予以界定.声发射特征参数与熔核形核尺寸、焊点拉剪载荷具有较好的相关性.可以使用焊接过程中的声发射特征参数作为检测或预测熔核形核尺寸和焊点拉剪载荷的依据之一.     

脉冲双丝GMAW熔滴过渡过程中熔池波动行为数值分析

研究了脉冲双丝GMAW过程中熔池自由表面受周期性熔滴冲击引起的动态波动行为. 根据二维波动理论建立了熔池液面受迫振动以及由此产生的二维波动行为的瞬态数学模型,推导出控制微分方程,给出了相应的初始条件和边界条件并编制程序进行了数值分析. 得到了熔池自由表面的位移和振动速度分布规律、不同熔滴过渡条件下熔池自由表面的瞬时波动规律及焊接过程中表面波动所引起的干涉现象. 结果表明,表面波主要起源于前丝、后丝中心附近,导致熔池表面有较强的凹陷. 选用直径1.0 mm的焊丝可以减小熔池表面波动,防止出现较粗的焊缝波纹;当熔滴过渡频率为1 000 Hz时,容易出现焊接波纹粗大、咬边等缺陷,波动干涉随熔滴过渡频率减小而减小. 文中的工作能够为脉冲双丝GMAW的工业化生产和焊接工艺参数的优化提供基础数据和理论指导.     

电弧熔丝脉冲GTAW熔滴过渡行为分析

提出了电弧熔丝脉冲GTAW焊接工艺,在非熔化极与工件之间的GTA电弧加入脉冲电流,不仅具有传热与传质分离和无飞溅等优点外,同时通过脉冲GTAW控制熔池熔深与形状,减小热影响区,减少合金元素的烧损.结果表明,随着焊丝距离工件高度的减小,熔滴过渡形式从大滴过渡转为无飞溅搭桥过渡,并且距离越近,熔滴过渡频率越快.当焊丝距离工件一定高度,焊接过程一脉一滴时,存在一个最优的频率可以实现最小的熔滴尺寸.     

不锈钢的药芯焊丝焊接过程中熔滴过渡行为分析

采用高速摄像与电信号同步分析系统分析不锈钢药芯焊丝焊接过程中的熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,当电流为150 A时,焊接时容易出现短路过渡,引起飞溅,电弧形态不太稳定,主要过渡方式为非轴向大滴排斥过渡;随着电流增大,电弧趋于稳定,飞溅明显减少,表面张力对熔滴过渡起一定作用;当电流达到240 A时,无短路过渡现象发生,几乎无飞溅产生,电弧形态基本保持不变,焊接过程稳定。焊接过程中焊丝与熔池间形成的渣柱有助于熔滴脱离焊丝进入熔池。     

电弧声与铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡的相关性

对铝合金脉冲MIG焊过程中电弧声信号与熔滴过渡之间的相关性进行了研究.建立了焊接电弧声信号的计算机采集系统,在此基础上分别利用小波去噪、功率谱密度分析和ARMA(auto regressive and moving average,自相关滑动平均模型)双谱估计等信号处理方法对不同熔滴过渡方式下的电弧声信号进行了分析.三种方法的分析结果均表明熔滴过渡为短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、和射流过渡时焊接电弧声具有不同的特征,证明利用电弧声能够对铝合金脉冲MIG焊过程中出现的不同熔滴过渡进行有效地区分.为铝合金脉冲MIG焊熔滴过渡稳定性实时控制和检测提供了一种有效的手段.     

基于图像处理的短路过渡过程稳定性分析

利用数字图像处理技术,对CO₂焊短路过渡过程的高速摄影图片进行了处理,获得了接触熔滴等效半径和残余熔滴等效半径的尺寸;分析了过渡频率和等效半径以及短路过渡过程稳定性的关系. 结果表明,当熔滴过渡频率最大时,并未达到最佳焊接条件;残余熔滴等效半径在小范围内离散分布,其平均值在最优焊接参数时达到最小;接触熔滴等效半径平均值与过渡熔滴体积成正比,该值越小,表明过渡过程越稳定.     

铝合金超射流过渡焊接工艺研究

超射流过渡工艺是对常规脉冲MIG焊接工艺的改进,以期减少气孔率、增大熔深。本文采用高速摄像同步分析系统分析了焊接过程熔滴过渡和电流电压波形特点。结果发现,与常规脉冲MIG焊接相比,超射流过渡工艺熔滴过渡模式由"一脉一滴"变为"一脉多滴",脉冲周期明显变长,达到33 ms,占空比明显增加;当改变参数时,峰值电流变大,基值电流仍为35 A。峰值阶段电流较大,持续时间长,大的电弧力造成熔池表面下凹,熔池底部加热作用明显,熔深增大。峰值阶段电流持续变化,电弧力的改变使熔池产生振荡,熔池中气体容易逸出,减少气孔。     

熔滴和熔滴过渡

弧焊时,在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。根据国际焊接学会（ⅡW）的分类,熔滴过渡主要有自由过渡、短路过渡和混合过渡三大类。     

TiO2活性剂对不锈钢激光焊接等离子体声发射效应的影响

针对不锈钢采用添加TiO₂活性剂进行活性脉冲激光焊接研究,通过实时检测焊接过程的结构负载声发射信号,研究了激光焊接过程等离子体信息的表征方法及其活性焊接机理.结果表明,添加TiO₂活性剂增强了材料对激光能量的吸收,增强了等离子体的能量及其对材料的传热,从而影响焊接过程传热效应,这是添加TiO₂活性剂的脉冲激光焊接熔深增加的主要机理.利用实时检测焊接过程中的等离子体声发射信号可以对活性脉冲激光焊接过程的等离子体变化行为进行检测和评估.由焊接过程中采集得到的等离子体声发射信号统计而来的振铃计数特征值,以及计算而来的RMS波形和相应信号的功率谱分布,均反映了活性剂的添加增强了激光焊接过程等离子在时频域上的活动.     

局部干法环境下GMAW横向焊接熔滴过渡特性

提出了一种水下结构件局部干法横向焊接方法,该方法通过对排水罩结构进行设计,使高压气体在排水的同时在排水罩内部形成向上流动的风场,利用风场对熔池的吹袭作用来抑制熔池下淌. 采用高速摄像技术研究了在侧向风场作用下GMAW焊的熔滴过渡特性. 结果表明,在短路过渡状态下,由于受到侧向风场的影响,更容易发生B型短路过渡. 在滴状过渡时,由于熔滴体积较大,侧向风场的支托作用不明显,熔滴沿焊丝倾斜向下过渡到熔池中. 在射流过渡时,侧向风场对电弧的影响较小,使熔滴略微向上偏斜,有助于减小熔池下淌程度,获得较好的焊缝成形质量. 研究结果对于水下结构件横向焊接质量控制有一定的参考价值.     

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.     

脉冲激光与电弧布置方式对铝合金焊接熔滴过渡与焊缝形貌的影响

以2219铝合金为基板，研究了不同脉冲激光-电弧布置方式下的熔滴过渡与焊缝形貌特征，分析了熔深增加的机理. 结果表明，当脉冲激光照射母材时，脉冲激光主要提供对母材的热输入，母材温度的增加有助于促进熔滴铺展，稳定熔滴过渡过程；当脉冲激光照射熔滴缩颈时，主要提供对熔滴的力输入，蒸发反力的作用下形成"一脉一滴"，显著提高熔滴过渡频率与熔滴飞行速度，增加了熔滴对熔池的冲击力，熔深增加；当脉冲激光交替的照射熔池和熔滴时，一方面能够对母材进行加热，有助于熔滴的铺展，另一方面能够提高熔滴过渡频率，提高焊缝的均匀性.     

空间多位置摆动激光填丝焊接熔池动态行为及焊缝成形

以316L奥氏体不锈钢管道为研究对象,在摆动激光焊接研究基础上,对管道多位置激光填丝焊接熔滴过渡和焊缝成形展开研究,分析焊接熔池动态特征,优化各位置区间工艺参数,进而实现管道全位置激光焊接.结果表明,摆动激光束周期性的作用于填充焊丝,产生的反冲压力能够促进熔滴过渡,使得焊丝始终以"液桥"形式向熔池过渡;同时摆动激光增强了熔融金属侧向流趋势,提高熔池界面表面张力,削弱空间多位置下重力对熔池形貌的影响,保证各空间位置熔池均能稳定存在,焊缝成形连续均匀.     

基于高速CCD摄像的短路过渡焊接熔滴检测与分析

建立了基于高速CCD摄像的熔滴图像检测和焊接电流、电弧电压同步采集系统,在给出短路过渡模式下的熔滴尺寸定义并简述基于MATLAB平台的熔滴尺寸与电弧信号分析系统的基础上,对平特性电源短路过渡CO2焊接熔滴尺寸变化特征及其与工艺性能间的关系进行了试验研究.结果表明,熔滴尺寸呈分散性较大的正态分布(1～2倍焊丝直径),过大或过小的熔滴尺寸均不利于短路过渡焊接过程的稳定性.根据熔滴的形成和过渡过程,初步分析了影响熔滴尺寸的主要因素及控制熔滴尺寸的途径,即短路过程结束后焊丝端部的残余液态金属量和燃弧能量的随机性导致了熔滴尺寸的不确定性,对其进行有效控制将提高熔滴尺寸和短路过渡过程的一致性,进而改善短路过渡CO2焊接的工艺性能和焊接质量.     

激光液态填充焊的填材熔化与过渡稳定性

针对激光填丝焊过程中焊丝对入射激光能量的反射、匙孔不稳定等问题,提出了激光液态填充焊方法,采用电弧提前预熔焊丝,让填材以液态方式流入熔池中.分析了激光液态填充焊的熔化、过渡模式,以及工艺参数对过渡模式的影响规律.结果表明,在电弧热作用下焊丝有液桥过渡和滴状过渡两种模式,焊接电流较小时,焊丝的上部熔化,下部依然保持固态,形成稳定的液桥过渡;焊接电流较大时,焊丝端部全部熔化易回缩成球为滴状过渡,过渡稳定性变差.为改善滴状过渡的稳定性,可依靠间隙的毛细作用稳定流入熔池中.激光液态填充焊可降低对匙孔的冲击,提高匙孔的稳定性.     

Hybrid laser-arc welding of advanced high-strength steel

This study investigated the synergetic effect between laser beam and electrical arc during hybrid welding by using a spectral diagnostic technique. The synergetic effect increased the energy density in the keyhole and deepened the weld penetration, resulting in a lower plasma electron temperature. The metal transfer mode was a globular one at a small offset distance while a spray mode was achieved with an increase in the offset distance. The decrease in the arc voltage and arc current due to the synergetic effect caused this transition from spray to globular modes. Globular transfer mode destabilized the molten pool and keyhole with the large droplet impingement, leading to the formation of porosity in the corresponding weld bead. The presence of porosity was on-line detected by identifying serious fluctuations in the Fe I electron temperature signals based on the fact that the instability of the molten pool and keyhole is strongly related to the signals coming from the plasma.     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.