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。     

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。     

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。     

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。     

管线钢在役焊接多道焊的数值模拟

管线钢在役焊接是在高压流动管线不停输的条件下进行焊接作业的，由于介质流动带压的特性，必然对焊接作业的安全性和焊后管道的使用性造成影响。采用SYSWELD焊接模拟软件对在役焊接进行数值模拟，考虑了材料热物理性能随温度变化和在役条件对散热的影响，获得了三维多道焊焊接接头的应力分布情况。结果表明：在役焊接接头残余应力分布规律与常规焊接基本保持一致，但数值上有所不同，计算结果对油气管线的在役焊接修复具有指导意义。     

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。     

等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2 400K,等离子体最大流速从437m/s降低到349m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。     

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。     

焊接机器人电弧式传感器抗电磁干扰分析

文中针对焊接机器人工作所处的复杂电磁环境,对其电弧式传感器进行了抗电磁干扰分析。首先结合弧焊机器人的工作原理,探讨了机器人焊接时产生的电磁骚扰源特性,通过骚扰源特性分析了电磁骚扰源中骚扰信号对电弧式传感器的干扰耦合机理;接着根据干扰耦合机理,分别从抑制骚扰源信号传播、切断耦合通道和降低敏感设备的敏感性3 个方面对电弧式传感器进行了抗电磁干扰分析;最后进行了近场串扰耦合仿真分析。分析结果表明,在信号经传输线传输的过程中,若传输线有适宜的终端,电感性近场串扰就会明显降低,电弧式传感器提取信号产生偏差的次数就会减少,从而改善电弧式传感器电磁干扰问题。该研究可为电弧式传感器电磁抗干扰研究提供理论依据。     

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。