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.     

熔滴短路过渡频率对CO_2焊接过程稳定性的影响

在依次改变送丝速度v_e。电弧电压U_a、保护气体流量Q、焊接速度v_w和焊丝伸出长度l_e等多种工艺参数的条件下,基于数值分析,全面评估了CO_2焊接过程熔滴短路过渡频率与焊接过程稳定性的定量关系,证明了在改变送丝速度v_e、电弧电压U_a和焊丝伸出长度l_e的条件下,熔滴短路过渡频率f与焊接过程的稳定性成正相关关系,而在改变保护气体流量Q和焊接速度v_w的条件下,熔滴过渡频率f却失去了表征焊接过程稳定性的能力,不能够作为焊接过程稳定性的评价指标。     

基于压电执行器的GMAW焊接解耦控制方法及机理的研究

采用基于压电执行器的焊丝回抽机构,结合以DSP为核心的控制系统,研究额外力对熔滴过渡的影响。通过焊接过程高速摄像,研究不同参数对熔滴过渡的影响。结果表明,采用基于压电执行器的焊丝回抽机构,可以给熔滴增加额外分离力,实现熔滴过渡;回抽时间越长,焊接电流越大,送丝速度越大,越容易实现熔滴过渡;焊接过程几乎没有飞溅;可以在电流较小时实现非短路过渡的熔滴过渡。     

近似熵与熔滴过渡频率对表征CO2焊短路过渡过程稳定性的不同影响

基于不同电弧电压、气体流量、焊接速度下短路过渡CO2焊的焊接电流时间序列,利用P incus算法,评估了焊接电流的近似熵,分析了近似熵与熔滴过渡频率对表征焊接过程稳定性的不同影响.试验与数值分析证明在上述三种工艺条件下近似熵越大,焊接过程的稳定程度越高,然而熔滴过渡频率与焊接过程的稳定性变化趋势难以取得一致,因此焊接电流近似熵比熔滴短路过渡频率更为准确地刻画了焊接过程稳定性的动态变化,用于定量表征焊接系统的稳定性时优于熔滴过渡频率.     

双电弧集成冷丝复合焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

试验搭建了双电弧集成冷丝复合焊系统,研究了不同电参数匹配下的焊接过程. 结果表明,两熔化电极在直流模式下的熔滴过渡类型分为三种:短路过渡、短路+大滴过渡和大滴过渡. 当电弧电压较低时,过渡类型为短路过渡;随着电压逐渐增加,过渡类型从短路过渡变为短路+大滴的混合型过渡,最终完全变为大滴过渡. 其中短路过渡时焊接过程最稳定,飞溅最少,焊缝成形较好. 大滴过渡次之,而短路+大滴混合型过渡时焊接过程稳定性及焊缝成形最差. 此外,随着电弧电压的增加,熔滴的过渡频率呈先减小后增加的趋势.     

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.     

高速列车转向架构架超窄间隙激光填丝焊熔滴过渡行为研究

高速列车转向架结构复杂,焊缝数量多且分布密集。采用超窄间隙激光填丝焊技术焊接转向架用中厚钢板,可以解决传统MAG焊存在的焊道次数多、残余变形及应力大的缺陷,也可以解决激光自熔焊对坡口间隙敏感的缺点。主要研究超窄间隙激光填丝焊的熔滴过渡行为,结果表明:当光丝间距不同时,熔滴过渡形式依次由铺展过渡转变为液桥过渡并最终转为颗粒过渡;当功率不同时,熔滴过渡形式由低功率条件下的铺展过渡转变到高功率条件下的液桥过渡。焊接速度并未影响熔滴过渡形式,依然保持液桥过渡。送丝速度影响激光对焊丝的熔化过程,从而产生不同的熔滴过渡形式。焊接厚板结构时选择负离焦,焊接薄板时选择正离焦。     

超声-MAG复合焊接的熔滴过渡行为

文中对低碳钢超声-MAG焊接熔滴过渡行为做了系统分析. 试验主要关注在超声作用下,低碳钢焊接中熔滴过渡行为的变化. 对熔滴过渡过程进行观测和分析. 结果表明,超声波会使MAG焊熔滴过渡分布区间发生改变,短路过渡对电压电流的适应性更强,大滴过渡电压升高,中等电流电压下不稳定的过渡得到一定程度的改善;对于不同的过渡形式,超声均可以增加其熔滴过渡频率,改变熔滴尺寸及形态,使熔滴以更小的尺寸、更高的频率过渡到熔池中;与普通MAG焊相比,超声-MAG焊的电流信号波动较小,熔滴过渡过程更稳定. 该分析对于超声辅助电弧焊接技术的发展与应用是一个重要补充.     

超声-MIG焊接铝合金熔滴过渡行为

对铝合金超声-MIG焊接熔滴过渡行为做了系统研究。试验主要关注在超声作用下,铝合金焊接中熔滴过渡行为的变化。通过对熔滴过渡过程的观测和分析,结果表明,对于短路过渡形式,熔滴受到超声辐射力的阻碍作用,熔滴的体积增大,过渡频率降低,焊接电弧收缩,弧长缩短,挺度增加,亮度增大;在大滴过渡和射滴过渡时,熔滴过渡频率大幅增加,熔滴尺寸减小,这也是超声辐射力作用在熔滴上的影响造成的;而且超声作用后的熔滴形态发生复杂变化,焊接过程的不稳定性增大。     

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.     

脉冲激光驱动的GMAW短路过渡行为控制

试验研究了单侧脉冲激光照射熔滴控制短路过渡的行为.高能量密度的瞬时脉冲激光作用在熔滴上,产生的局部强烈的蒸发反力驱动熔滴受迫短路,形成液桥,完成收缩、破断,促进熔滴脱离焊丝.在无电弧条件下观察单侧脉冲激光驱动熔滴过渡的基础上,进一步分析了小电流下单侧脉冲激光驱动短路过渡的效果.结果表明,在焊接过程中施加一定能量密度和频率的脉冲激光对短路过渡行为有明显的改善作用,并能通过脉冲激光功率控制熔滴的尺寸,调节脉冲激光频率控制熔滴过渡频率,实现一脉一滴的过渡形式,提高焊接过程的稳定性.     

CO2焊接过程熔滴过渡频率的Fuzzy/PID控制

在单片机控制ＩＧＢＴ逆变电源的基础上,建立ＣＯ２焊接过程熔滴过渡频率的Ｆｕｚｚｙ／ＰＩＤ控制系统,并对其系统结构、控制原理和控制算法进行了描述。本系统通过调节波形参数从而改变燃弧时间来控制熔滴守渡的频率,当熔滴过渡频率的误差较大时,采用Ｆｕｚｚｙ控制方法,而在误差较小时采用控制方法。本系统还在Ｆｕｚｚｙ控制过程中引入了控制参数自学习功能,保证了不同焊接规范时控制系统的动态响应和静态精度。焊接试验表     

Droplet transition for plasma-MIG welding on aluminium alloys

The synchronous acquisition system of droplet image inspection and arc electric signals were established and the droplet transition characteristics of aluminum alloys were researched in the plasma-MIG welding process.Typical droplet transition modes include globular transfer mode,short circuiting transfer mode,metastable spray transfer mode and projected transfer mode.The result indicates that MIG droplet transfer frequency and droplet transfer modes are changed by introducing the plasma arc in the plasma-MIG welding process compared with the MIG welding on the aluminum alloys,which broadens the range of welding parameters when the stable welding process proceeds.The metastable spray transfer and projected transfer mode are proved to be the most optimal modes by comparing the stability of electronic signal,droplet transition,weld appearance and weld penetration.     

并联式波形控制对熔滴过渡的影响

为改善弧焊过程的动特性,减少飞溅,对一种并联式IGBT波形控制器的波控特性进行了实验研究,研究了该波形控制器对焊接过程焊机动特性的影响,并分析了波控参数对焊接熔滴过渡过程的影响.结果表明:并联式波控是一种低成本的、降低飞溅的有效方法,可以优化焊接电流的波形,抑制短路末期的峰值电流,确保短路末期液桥的柔顺破断,削弱燃弧初期电弧对熔池的冲击.     

短路过渡CO2焊接熔滴尺寸控制

分析了短路过渡CO2焊接的熔滴形成过程及焊接电流波形对熔滴形状及短路过渡历程的影响规律,对采集获得的焊接过程中的焊接电流信号进行数学处理,采用最小二乘法建立了波形控制短路过渡焊接的焊丝熔化模型.在此基础上,通过控制燃弧初期脉冲电流的宽度调整燃弧能量的大小,对熔滴尺寸控制进行了试验研究.结果表明,随着燃弧脉冲电流宽度的增加,熔滴尺寸单调增加,这说明改变燃弧初期脉冲电流的宽度可以有效地控制燃弧能量和熔滴尺寸的大小.     

电弧电压变化量分析熔滴过渡特征的研究

利用焊接过程中熔滴还没有发生短路瞬间的电弧电压变化量△U，可以区分药芯焊丝气体保护焊(FCAW)熔滴过渡特征．绘制了一定焊接条件下的金属过渡模式图，为最终确定FCAW的最佳工艺参数(焊接电流、电弧电压等)提供指导，可实施长时间在践监控熔滴过渡过程。     

自保护药芯焊丝全位置焊接电弧稳定性分析与评价

采用高速摄像仪和汉诺威弧焊质量分析仪对三种市售X70管线用自保护药芯焊丝全位置焊接的熔滴过渡及电弧稳定性进行观察分析.结果表明,全位置焊接电弧稳定性为1号焊丝最好,3号居中,2号最差;电流变异系数比标准差更能准确地反映电弧稳定性;单凭平均短路时间不能作为判定电弧稳定性的依据,必须结合短路时间频次分布图才有意义;短路过渡时电弧电压概率密度分布为双驼峰形状,双驼峰处曲线的概率密度分布及整条曲线的收敛情况可作为评定电弧稳定性的重要参考依据.     

药芯焊丝电弧焊电弧形态与熔滴过渡行为的研究

基于数码照相技术研究了CO2保护气氛下,渣系和焊接参数对药芯焊丝电弧焊（FCAW）电弧形态和熔滴过渡行为的影响。研究发现,酸性及金属芯渣系药芯焊丝在所有焊接参数下电弧扩散角相差不大,碱性渣系药芯焊丝因药芯中含大量消电离元素,大焊接参数下电弧扩散角比其它两种渣系小;金属芯药芯焊丝大焊接参数下发生“半潜弧”,可见弧长显著缩短。随着焊接参数增大,酸性,碱性,金属芯药芯焊丝均依次出现如下熔滴过渡类型;短路过渡、大滴排斥过渡、细颗粒过渡,均未发生喷射过渡。