激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。     

脉冲GMAW焊接熔滴过渡的动态模拟

本文建立了脉冲GMAW焊接熔滴过渡的动态模型，对熔滴的长大和脱离过程进行了模拟，为实现优质高效的脉冲GMAW焊接提供了科学的依据。     

表面活性剂对TIG焊电弧现象及焊接熔深的影响

在变动焊接电流下检测电弧电压,考察A-TIG焊电弧收缩及活性剂的影响。采取适当的试验方法研究A-TIG焊活性剂对电弧现象及活性剂涂敷量对焊接熔深增加的作用。结果表明,A-TIG焊电弧是否产生收缩与所使用的活性剂有关,即使在电弧未产生收缩情况下,表面活性剂仍然对焊接熔深的增加有较大的作用。     

TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响

根据毕奥-萨伐尔定律,对惰性气体钨极保护-熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas-metal inert gas,TIG-MIG)复合焊TIG-MIG电弧间相互作用模型进行改进;结合不同倾斜电弧下电流密度分布的自适应模型,建立TIG-MIG复合焊的电弧力-热模型。对不同焊接电流下TIG-MIG复合焊电弧倾角展开计算,分析复合焊电弧间相互作用力对工件上热流密度分布和焊缝成形的影响,发现两电弧之间存在的排斥力能够增加TIG电弧的垂直度,从而提高TIG电弧热流密度,同时MIG电弧是影响TIG-MIG复合焊焊缝成形的主要因素。研究复合焊焊枪间距和两焊枪的前后位置对焊接过程的影响,发现TIG焊枪在前、MIG焊枪在后的方式更有利于焊接过程稳定。计算结果与试验结果的对比表明,所建立的模型能够较好地描述TIG-MIG复合焊接物理过程,这对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义和实际应用价值。     

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响,为探究其影响机理,建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型,采用VOF方法追踪熔池自由界面,研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态,并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明,随着焊接速度减小,熔池的热积累增强,体积增大,熔池表面峰值温度提高,弧坑深度也加深;同时,在电磁力和熔池表面力的共同作用下,熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小,熔池内部流速增大,对流更充分。此外,随着焊接速度减小,成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性,研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。     

机器人全自动双丝焊接工艺技术

根据优化的焊接工艺规范参数进行合理编程,掌握编程规律,并通过优化的焊接编程指导机器人完成焊接,避免了焊接裂纹的产生、减小了焊接结构变形、解决了焊缝质量不稳定的问题,提升装甲车辆焊接构件的整体质量,提高批量生产稳定性,同时降低了工人的劳动强度和生产成本。     

高效MIG／MAG双丝焊技术

展品简介：高效MIG／MAG双丝焊技术，以及单片机控制逆变熔化极脉冲氩弧焊机、低飞溅CO2气体保护焊机、变极性TIG焊接电源。     

激光-电弧复合焊接头研究进展

简述了当前国内外激光-电弧复合焊接研究的现状,对典型的激光-电弧复合焊接头做了详细对比,并根据不同的复合方式分别介绍了旁轴及同轴复合2种结构,给出了各种复合结构的优点与不足。最后介绍了自行研制的旋转双焦点激光-电弧复合头,并验证了旋转双焦点激光-电弧复合焊的优点。     

搅拌摩擦焊焊接温度数值模型及其影响因素

通过对搅拌摩擦焊过程进入稳定状态后摩擦产热与散热机制的分析,建立了搅拌摩擦焊焊接温度的数值模型。由数值模型可知,影响焊接温度的各种因素包括被焊材料和搅拌工具材料的物理性质、两者之间的摩擦因数、搅拌工具的尺寸、焊接参数、被焊材料表面受到的轴向压力和侧面受到的进给压力等,有些因素之间还互相影响,关系复杂。其中,搅拌工具的旋转速度、搅拌工具与被焊材料之间的摩擦因数、被焊材料表面受到的轴向压力及侧面受到的进给压力是主要因素。以聚氯乙稀板材搅拌摩擦焊为例,验证了在适当的取值范围内焊接温度数学模型的理论计算值与实测值基本吻合。     

中厚板熔化极气体保护焊的数值模拟及实验验证

在建立中厚板GMAW温度场数值仿真模型的基础上,用ANSYS进行了数值模拟,并通过红外热像仪进行了实验验证。实验结果与模拟结果对比分析表明,温度场热循环曲线的形状、峰值温度及加热速度比较接近实测数值,冷却区段偏差稍大,证明所建立的数值仿真模型可以较好地模拟中厚板GMAW的温度场,为应力应变分析等其他焊接过程的数值分析打下了良好的基础。     

穿孔等离子弧焊发展历史与现状

阐述穿孔等离子弧焊的工艺特点和技术优势,回顾其４０多年的发展历史及在应用发展过程中存在的主要问题与解决的途径和方法。介绍几种在等离子弧焊基础上派生的新工艺和新技术。     

铝合金变极性等离子弧焊温度场数值模拟

通过高速摄像对正、负极性等离子弧形态进行分析,并分析变极性等离子电弧正、反极性不同产热机理的基础上,采用“高斯+双椭球”组合热源模型,建立正、反极性期间不同热源模型。采用ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)编程语言实现与实际变极性焊接参数对应热载荷的循环交替加载,计算出铝合金变极性等离子弧焊接温度场及熔池形状。对比分析不同变极性电流和焊接速度条件下焊接熔池的穿透深度,并通过实际焊接试验验证热源模型的准确性。研究结果为准确掌握铝合金变极性等离子弧热源形态、产热机理和等离子弧力等特性,并合理选择焊接工艺参数提供理论依据。     

受控脉冲穿孔等离子弧焊接控制系统

穿孔等离子弧焊接过程中存在的一些问题制约了该工艺在现代工业中的推广和应用,如焊接工艺合理参数区间窄,可调裕度小,导致焊接过程中小孔的稳定性较差等。熔池的小孔行为是直接影响焊接过程稳定性和接头质量的关键因素,为拓展合理工艺参数范围,提高焊接过程稳定性和焊缝质量,研制出受控脉冲穿孔等离子弧焊接控制系统。基于简易测试装置,实时采集焊接过程中的尾焰电压信号,可靠描述焊缝熔池穿孔与否以及小孔尺寸;采用受控脉冲穿孔的控制策略,适时调整峰值电流和基值电流的作用时间,使得小孔一直处于"准稳态"。实现"一脉一孔",但脉冲时间和基值电流并不固定,取决于每个脉冲过程小孔的建立时间和存在时间;保证穿孔,使小孔尺寸在预定值附近波动,并防止烧穿的发生;大幅拓展穿孔等离子弧焊接合理工艺参数区间。工艺试验结果表明,当工件散热条件和厚度发生变化时,控制系统能够迅速做出调节,运行稳定可靠,控制效果显著。     

Welding polarity effects on weld spatters and bead geometry of hyperbaric dry GMAW

Welding polarity has influence on welding stability to some extent, but the specific relationship between welding polarity and weld quality has not been found, especially under the hyperbaric environment. Based on a hyperbaric dry welding experiment system, gas metal arc welding(GMAW) experiments with direct current electrode positive(DCEP) and direct current electrode negative(DCEN) operations are carried out under the ambient pressures of 0.1 MPa, 0.4 MPa, 0.7 MPa and 1.0 MPa to find the influence rule of different welding polarities on welding spatters and weld bead geometry. The effects of welding polarities on the weld bead geometry such as the reinforcement, the weld width and the penetration are discussed. The experimental results show that the welding spatters gradually grow in quantity and size for GMAW with DCEP, while GMAW with DCEN can produce fewer spatters comparatively with the increase of the ambient pressure. Compared with DCEP, the welding current and arc voltage waveforms for DCEN is more stable and the distribution of welding current probability density for DCEN is more concentrated under the hyperbaric environment. When the ambient pressure is increased from 0.1 MPa to 1.0 MPa, the effects of welding polarities on the reinforcement, the weld width and the penetration are as follows: an increase of 0.8 mm for the weld reinforcement is produced by GMAW with DCEN and 1.3 mm by GMAW with DCEP, a decrease of 7.2 mm for the weld width is produced by DCEN and 6.1 mm by DCEP; and an increase of 3.9 mm for the penetration is produced by DCEN and 1.9 mm by DCEP. The proposed research indicates that the desirable stability in the welding procedure can be achieved by GMAW with DCEN operation under the hyperbaric environment.     

锆板等离子弧焊接

介绍了锆板（10～13mm）等离子弧焊接方法。通过分析试验以及在实际应用中的测量数据,该焊接技术具有高效、经济的特点。通过数据和使用效果,可以看出该方法与传统方法相比具有较大的优越性：     

脉冲变极性等离子弧焊接系统及其特征信号分析

研制基于单片机控制的具有高低频调制脉冲功能的双逆变变极性等离子弧(Variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,检测并分析叠加不同高低频脉冲参数条件下该焊接系统输出信号的特征,并对系统进行实际焊接试验,结果表明系统运行良好。从特征信号的时域及频域分析发现,当高频脉冲频率提高到2 kHz时,与1 kHz相比较,脉冲上下降沿斜率降低1.2倍,高次谐波量增加1.4倍。由焊接试验结果得出,当高频脉冲频率及正反极性电流等工艺参数选择合适时,可以得到比典型VPPA焊接更加优越的焊缝成形,获得具有均匀鱼鳞纹的理想焊缝。从焊缝显微组织的分析发现,脉冲VPPA焊接工艺得到的焊缝晶粒比典型VPPA焊缝晶粒细小,因此该焊接工艺对进一步提高航空航天高强铝合金焊接质量具有重要意义。     

焊接电弧紫外光谱信息的获取与分析

针对焊接电弧紫外光谱信息的研究 ,研制了一套焊接电弧紫外光谱计算机采集和处理系统。利用此系统对 TIG焊电弧紫外光谱进行了研究 ,成功地获得了不同焊接规范下的电弧紫外光谱频谱分布特征 ,并对此进行了分析     

CO2气体保护焊在汽车焊接中的应用

CO2气体保护焊具有高效、节能、焊接变形小、焊缝成形美观等优点,且随着国产CO2气体保护焊机和焊丝开发应用,只要合理使用CO2气体保护焊,其在汽车工业中有很大的使用价值。     

打壳锤头等离子堆焊镍基涂层组织和性能

采用等离子堆焊技术在打壳锤头基体Q235钢表面进行堆焊,堆焊材料选用分别含有50%WC、40%WC和30%WC+TiC的复合镍基粉末。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验仪等仪器对所得各堆焊层的显微组织、化学成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行分析。试验结果表明,三种合金堆焊层显微组织均为γ-Ni固溶体和弥散分布的不同形态的硬质化合物相,如WC,(Ti,V)C等。三种合金堆焊层与基体界面处冶金结合良好,堆焊层稀释率低,且与基体Q235钢相比,耐电解腐蚀性显著提高。含有30%WC+TiC的镍基合金堆焊层与含有50%WC和40%WC的镍基合金堆焊层相比,具有更高的耐磨性和抗热腐蚀性。因而含有30%WC+TiC的镍基合金堆焊层综合性能最优,能够大幅度延长打壳锤头使用寿命,具有广泛的应用前景。