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%.     

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.     

Development and preliminary study on the ultrasonic assisted GMAW method

The ultrasonic assisted GMAW (U-GMAW)method is proposed to achieve a more stable welding process and better weld quality. The U-GMA W system is developed, which consists of power supplies, ultrasonic vibration system and specially de-signed welding torch. The U-GMAW process and conventional GMA W process are compared through bend-on-plate welding.The weld beads are continuous and well protected, while the weld surface appearances by GMA W and U-GMA W are apparently different. The metal transfer mode changes from globular transfer to short-circuiting transfer after ultrasonic wave is applied onto the arc.     

受控短路过渡CO2焊焊接电流波形参数优化

对于波控短路过渡CO₂焊,电弧峰值电流I_pa,电弧基值电流I_ba以及由峰值电流切换到基值电流所用的时间(拖尾时间t_w)等电流波形参数是可调的,它们对过渡稳定性和焊缝质量具有很大影响,利用正交试验,对不同送丝速度下电流波形参数进行了优化.结果表明,电弧峰值电流的影响最大.送丝速度为320 cm/min时,电流波形参数I_pa,I_ba和t_w无论如何调整,飞溅率均在2.5%以上,焊缝表面质量差;送丝速度为360~400 cm/min时,最优电流波形参数为:I_pa=440 A,I_ba=50 A,t_w=0.6 ms.而在400 cm/min的送丝速度下,在宽广的电流波形参数范围内(I_pa为440~480 A,I_ba为30~50A,t_w为0.6~0.8 ms)均可获得飞溅率极低、焊缝表面质量好的稳定焊接过程.     

GMAW短路过渡过程中瞬时短路现象的分析

对GMAW短路过渡过程中的瞬时短路现象进行了力学动态分析,建立了基于熔滴液体压力、电磁收缩力、表面张力的瞬时短路力动态平衡临界条件.通过微距高速摄影技术和图像处理技术,获得了熔滴半径的变化数据,并结合电信号分析.结果表明,计算所得数值所反映的短路进程状态和图像所示的完全吻合,认为瞬时短路力动态平衡临界条件真实有效.并进一步基于此临界条件分析了熔滴形态对瞬时短路的影响,认为熔滴和熔池接触瞬间的径向半径如果小于轴向半径,则接触处的径向表面张力所产生的压力大于零,瞬时短路开始且不可逆,即纺锤形熔滴易造成瞬时短路.最后对瞬时短路现象进行了分类和定量研究,并提出了瞬时短路现象的新的解释.     

气体保护焊短路过渡熔滴成形的建模分析

提出了气体保护焊短路过渡过程中的熔滴成形的概念,并建立了模型.通过微距高速摄像技术和数字图像处理技术对熔滴成形过程中小滴状熔液所受的重力、电磁力以及表面张力提供的支持力进行了分析和定量计算,认为表面张力所提供的支持力远大于电磁力和重力共同导致的促使小滴状熔液下落的力.同时考虑了焊丝的熔化,认为以上因素最终造成小滴状熔液能以滴状的形态不断在焊丝端面进行扩展,形成熔滴.试验证明了熔滴成形这一模型的正确性.     

旋转电弧MAG焊强迫短路过渡电流信号滤波

研究了MAG焊旋转电弧V形坡口扫描焊接电流的变化特征,发现当电弧扫描到坡口两侧时,由于电极高度变小,会产生强迫短路熔滴过渡.在短路过渡的瞬间会产生较大的峰值电流,对旋转电弧传感器的检测灵敏度造成影响.为此提出了基于空间邻域的均值滤波和软阈值小波滤波组合算法,对实际焊接电流信号进行了滤波处理,并研究了该算法的实时性.结果表明,该算法可以使电流波形得到明显的改善,并具有较强的实时性,为焊枪偏差识别奠定了基础.     

高压干法GMAW熔滴排斥过渡形成机理

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.以三种不同送丝速度,分别进行了0.1～2 MPa的氩气环境GMAW试验.结果表明,随着环境压力的增加,熔滴过渡形式均转变为排斥过渡.在排斥过渡熔滴长大过程中,始终伴随着电弧弧根沿一侧上爬至熔滴的近焊丝端现象,从而对熔滴产生了不对称的侧向力作用,加之高压环境中弧根面积减小导致熔滴所受的电磁力为熔滴过渡的阻力,两者共同作用最终形成了高压干法GMAW的排斥过渡.通过对比不同环境压力下的弧根位置照片发现,这种弧根上爬现象也同时存在于常压和环境压力较低时.并采用理论模型推导了电弧弧根上爬的条件及影响因素.     

面向工程应用的BA-GMAW熔滴过渡形态

综述了涉及工程应用的潜弧熔化极气体保护焊(Buried arc gas metal arc welding,BA-GMAW)熔滴过渡形态特征。结果表明,在大电流和相应的焊接参数下,BA-GMAW工艺的熔滴过渡形态有3种,即呈滴状过渡、摆动过渡和旋转过渡。BA-GMAW电弧空腔中电弧形态属于连续、敞开、非活动型;电弧空腔内氛围发生了质的变化,电弧爬升到熔滴上方,满足了喷射过渡形成3要素。焊接工艺参数对BA-GMAW熔滴过渡形态的影响,主要是焊接电流和电弧电压的影响;前者主要改变熔滴上作用力方向和大小,后者涉及潜弧的稳定性。潜弧焊熔滴过渡形态与工艺质量的利好关系,是受稳弧技术控制的熔滴过渡特性改善所决定的。创新点：通过典型工程应用试验案例中的焊接工艺参数,分析、判断相应的电弧和熔滴过渡形态,完成从实践到理论的转换,为后续论点论述打下坚实基础。     

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.     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

Determining the boundaries of globular-to-spray transfer in robotic GMAW

Robotic gas metal arc welding （GMAW） experiments were conducted using an ERTOS-1 electrode with Ar ＋ 10% CO2 shielding gas, and the welding current and arc voltage signals were collected by a data acquisition system. The boundaries between globular transfer and spray transfer in terms of the welding current and arc voltage were determined according to the waveform of electric signals and the Fourier transform results of arc voltage. The optimum welding parameters for the two transfer modes were obtained, which laid a foundation for the numerical simulation and control of GMAW process.     

焊接极性对水下高压干法GMAW影响分析

通过环境压力为0.1~2.0 MPa的水下高压干法熔化极气体保护焊(GMAW)试验,比较了直流反接与直流正接焊接过程特点.结果表明,直流反接时,当压力超过0.2 MPa后开始出现少量飞溅,随着环境压力增加,飞溅数量逐渐增多而尺寸逐渐减小.直流正接时,当环境压力大于0.4 MPa后,焊接过程稳定,几乎无飞溅产生.通过高速摄像分析总结了直流反接产生两种飞溅形式及其特征.熔滴偏离型飞溅是伴随着排斥过渡产生的;熔滴反弹型飞溅是由于熔滴接触母材后受向上方向电磁力作用,脱离母材而产生的,并分析了直流正接时飞溅较小的原因.     

GMAW熔滴过渡过程稳定性自相关分析

检测了熔化极气体保护焊(GMAW)中焊接电流和电弧电压大小等参数特征,利用数字信号分析与处理中的时域自相关特性原理,分析GMAW熔滴过渡过程的稳定性与参数关系,判断焊接电流和电压是否具有周期性.阐述焊接电弧系统中,电流自身、电压自身及电流和电压相互的变化存在相互关联,并对焊接电流和电压信号进行自相关分析,获得信号时域的周期和方差等特征信息,直观地反映出弧焊过程与熔滴过渡过程的稳定性.     

双电弧共熔池脉冲GMAW电源的复合外特性

利用自行研制的双电弧软开关脉冲GMAW装备,从弧长控制、熔滴过渡以及焊缝成形等角度对双电弧脉冲GMAW三种复合外特性进行了试验研究.结果表明,主机I-I,从机I-I复合外特性的熔滴过渡均匀,可控性好,但电弧自调节作用较差,适合薄板高速焊接;主机U-I,从机U-I复合外特性的熔滴过渡可控性欠佳,但电弧自调节作用较强,较适合大参数厚板焊接;主机I-I,从机U-I复合外特性中主机的熔滴过渡可控性好,电弧自调节能力有限,从机的电弧自调节作用较强,但熔滴过渡可控性欠佳.     

Metal transfer characteristics of tandem narrow gap GMAW for flat welding position

A series of experiments of tandem narrow gap GMAW for flat welding position were carried out. The arc behavior and metal transfer process were observed by a high-speed photography system. The effects of the welding parameters on the metal transfer were investigated. The results show that the arc behavior and metal transfer process of tandem narrow gap GMAW are different from these of bead-on-plate tandem GMAW. The arc behavior and metal transfer process are influenced by the distance between the two wires, the peak voltage, the pulse frequency and the peak time. With the increase of the distance between the two wires, the metal transfer mode gradually transforms from one pulse-multi droplets into one pulse-one droplet, and the average welding current increases. With the increase of the peak voltage, pulse frequency or peak time, the metal transfer mode transforms from one pulse-one droplet into one pulse-multi droplets, and the arc tends to occur between the wire and the sidewall.     

2219铝合金激光驱动GMAW熔滴过渡行为

以2219铝合金为研究对象,搭建了激光驱动GMAW熔滴过渡试验系统,采用高速摄像系统拍摄熔滴过渡行为,分析了激光的加入对熔滴过渡行为的影响. 结果表明,通过改变工艺参数,激光的加入改变了熔滴的受力状态从而改变了熔滴过渡模式和飞行轨迹. 脉冲激光作用在熔滴缩颈处形成的蒸发反力可以有效促进熔滴过渡,得到“一脉一滴”的射滴过渡形式,提高熔滴过渡频率和熔滴过渡的稳定性,同时能够有效改善焊缝成形解决铝合金焊接射滴过渡工艺区间窄,对母材热输入高以及焊接过程稳定性差等问题.     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

环境压力对高压干法GMAW熔滴过渡影响分析

采用红外激光作为背光源,应用高速摄像系统对高压干法GMAW熔滴过渡进行了研究.通过0.4 MPa以内氩气环境的试验发现,环境压力超过临界压力后熔滴过渡形式会发生转变.随着环境压力的增加,在小电流情况下,过渡形式先由大滴过渡转变为短路过渡,进而转变为排斥过渡;在焊接电流较大情况下,熔滴依次呈现射流过渡、短路与射流混合过渡、排斥过渡.并从熔滴受力的角度分析了压力环境熔滴过渡形式转变机理.指出产生排斥过渡的原因是在环境压力的作用下电弧与弧根收缩,改变了熔滴的受力状态而产生的.