激光填丝焊焊丝熔入行为特征

采用高速摄像技术和工艺试验相结合的手段进行铝合金光纤激光填丝焊焊丝熔入行为及工艺特性研究.分析了焊丝熔入行为及其主要影响因素,研究了送丝方式与送丝角度对焊缝成形及焊接过程稳定性的影响.结果表明,依据光丝间距的不同,焊丝熔入行为可分为3种典型特征,铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡,其中液桥过渡最为理想;前置送丝焊丝熔化效率高,工艺窗口较宽;送丝角度影响焊丝吸收激光能量程度以及液态焊丝对液态熔池的冲击力的大小,随着送丝角度的增加焊缝背部熔宽有明显增加,而焊缝熔深基本不变.     

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.     

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。     

空心钨极同轴填丝焊接丝弧交互作用机制

空心钨极同轴填丝焊接焊丝与电弧(丝-弧)交互过程是决定焊接质量的关键.首先利用高速摄像观察分析了空心钨极电弧与实心钨极电弧形态,及其对焊缝成形特征的影响规律,然后构建了熔丝过程受力模型,系统分析了同轴填丝焊接过程中熔滴形成及过渡过程动力学特征.结果表明,空心钨极电弧表面辐照区域大于实心钨极,在大电流工艺条件下焊缝成形稳定;熔滴形成阶段,焊丝末端熔滴处于静力平衡状态,在较大表面张力作用下,无法自发从焊丝末端直接过渡进入熔池;熔滴过渡阶段,部分电流从焊丝流过,产生电磁收缩力,引起焊丝与熔池之间的熔滴摆动.     

脉冲TCGMAW电流占空比对熔滴过渡和焊缝成形的影响

基于建立的熔滴过渡高速摄像分析系统,对高速脉冲TCGMAW在脉冲电流占空比变化下的熔滴过渡过程进行观察分析,并就脉冲电流占空比变化对熔滴过渡和焊缝成形质量的影响进行了研究。试验结果表明,在所用焊接规范下,当脉冲电流占空比较小时,焊丝熔化速度不能与送丝速度匹配,熔滴过渡方式表现为短路过渡形式,焊缝成形较差,甚至出现断弧、焊不起来的情况;随着脉冲电流占空比的提高,焊丝熔化能量加大,熔滴过渡方式逐渐过渡到射滴过渡和射流过渡,电弧电压的波动范围变小,焊缝成形良好。     

高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率. 文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率. 但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为. 通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用. 结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.     

药芯焊丝CO2焊熔滴过渡现象的观察与分析

药芯焊丝CO2气体保护焊熔滴行为对药芯焊丝工艺性有直接的影响.采用焊接过程的高速摄影技术和汉诺威焊接质量分析系统对药芯焊丝的熔滴过渡形态进行观察分析.证实随着焊接参数的变化,药芯焊丝可能形成排斥过渡、表面张力过渡和细熔滴过渡.在排斥过渡时,由于大熔滴在焊丝端部较长时间的停留,出现明显的熔滴自身的爆炸飞溅,气体的强烈逸出飞溅等现象,表面张力过渡是介于大熔滴的排斥过渡与细熔滴过渡二者之间的一种过渡形式.细熔滴过渡时,焊接过程稳定、飞溅小、焊缝成形良好、生产效率较高,是药芯焊丝理想的过渡形式.在细熔滴的过渡的条件下形成的渣柱对熔滴的过渡起着导向作用.     

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.     

铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡及电信号分析

文中搭建了三丝双脉冲MIG焊系统,采用高速摄像电信号同步采集系统对焊接过程进行实时监测,研究了铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡行为以及双脉冲频率对焊缝成形的影响. 结果表明,弱脉冲向强脉冲过渡时,熔滴过渡表现为一脉一滴;强脉冲向弱脉冲过渡时,在开始阶段,焊丝发生再引燃,在结束阶段,熔滴过渡表现为两脉一滴;双脉冲频率增加,焊缝鱼鳞纹变密,双脉冲频率为3 Hz时,鱼鳞纹疏密均匀,焊缝成形最佳.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

冷金属过渡焊接技术的电弧行为与焊缝成形关系的研究

详细研究冷金属过渡技术在焊接过程中的电弧行为及其对焊缝成形的影响,并分析其微观机理,通过综合精密控制焊接电压、焊接电流、送丝与回丝速度等焊接参数,研究焊接电弧的微观行为,实现了熔滴过渡物理行为与焊接参数的完美结合,为获得焊缝的优质连接与成形提供了理论基础,满足了车身薄板覆盖件设计与焊接要求,对于MIG焊方法的丰富与发展具有重要的理论与实际工程应用价值。     

环保焊枪吸烟对小电流CO2气体保护电弧焊的影响

采用环保焊枪进行了小电流二氧化碳气体保护电弧焊平焊位置焊接,通过分析焊接过程中电弧形貌、电流电压和熔滴过渡方式变化以及焊缝成形、焊缝金属拉伸力学性能和X射线探伤结果,评估了吸烟功率变化时的吸烟效果以及吸烟行为对于焊接过程和焊缝质量的影响规律. 结果表明,使用环保焊枪可以显著降低小电流二氧化碳气体保护电弧焊时飘散在周围空间中的焊接烟尘. 吸烟过程虽然使得短路过渡熔滴频率略有增加,悬挂熔滴和电弧的稳定性略为变差,但对焊缝成形和焊接缺陷都无影响,焊缝金属屈服强度略有减小,抗拉强度略有增加.     

丝束位向关系对电子束填丝堆焊焊缝成形的影响

对5种不同丝束空间位向关系下的焊接稳定性及焊缝成形特点进行了研究.结果表明,丝束空间位向关系通过影响焊接过程热量分配及焊丝熔化过渡特性,进而影响焊缝成形.自熔焊、丝束分离及丝束部分相交时,焊接过程稳定,焊缝成形良好,而丝遮挡束与非接触过渡条件下焊接过程不稳定,焊缝成形较差.熔深从大到小规律为自熔焊,丝束分离,丝束部分相交,丝遮挡束,非接触过渡丝束关系;除非接触过渡下的熔宽最小之外,其它关系下熔宽相当;余高从高到低规律为非接触过渡丝束关系,丝遮挡束,丝束分离,丝束部分相交,自熔焊.     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

钛型气保护药芯焊丝的电弧行为、冶金特性及其工艺质量

本文分析了钛型渣系气保护药芯焊丝的电弧行为和化学冶金过程,探讨了药芯焊丝的焊接飞溅及焊缝中气孔工艺质量问题。结果表明,药芯焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥过渡,焊丝的电弧形态属于活动、连续型,焊丝熔滴过渡受主导力控制。焊丝的焊接化学冶金过程是分区连续进行的。药芯焊丝熔滴过渡中伴随渣柱,以及渣柱直接进入熔池现象,可能导致焊接化学冶金反应不完全和;台金过程的新变化。药芯焊丝的焊接飞溅主要发生在非轴向排斥过渡的熔滴与焊丝之间的缩颈处,提出通过熔滴过渡指数控制焊接飞溅新观点。当气体从焊缝金属中逸出被阻止于焊缝中或被困于熔渣下面,就分别形成了气孔和表面压坑,提出了通过电弧中熔滴吸收氢的总重量控制焊缝中气孔的新思路。     

电子束填丝工艺对堆焊焊缝成形的影响

利用电子束填丝焊工艺在304不锈钢基体表面堆焊低碳钢焊丝获得堆焊层,并系统地研究了影响堆焊层成形质量的主要工艺参数.重点讨论了束流、焊接速度、送丝速度、填丝角度和填丝方位对堆焊层宏观质量的影响规律.结果表明,焊接热输入和送丝速度的匹配是决定焊缝成形的最主要因素,在相同工艺参数下,焊缝宽度取决于束流,束流越大,焊缝越宽,填丝角度影响着焊缝熔深,随填丝角度的增大,熔深逐渐增大,而采用前置填丝方位更易保证焊接过程的稳定及焊接精度.     

混合气体保护焊焊接过程电弧特性分析

通过焊接机器人在给定的试验条件下进行混合气体保护焊,采用汉诺威焊接质量分析仪对电弧电压和焊接电流信号进行采集,并通过分析焊接过程的电弧特性找到熔滴过渡以及焊缝成形的主要影响因素。结果表明:在给定的混合气体流量比的条件下,电弧电压会影响熔滴的过渡频率、电弧稳定性、飞溅大小、焊缝熔宽等,而焊接电流则会影响焊丝熔化速度、焊缝熔敷率、过渡频率、飞溅大小、焊缝成形等。合适的焊接电流与电弧电压相匹配可以获得稳定的电弧、良好的过渡特性及美观的焊缝。     

送丝方式对步进填丝双脉冲TIG电弧增材成形精度的影响

针对电弧增材制造热质传输强耦合、成形尺寸精度低等共性关键问题,提出一种步进填丝双脉冲钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)电弧增材制造方法. 基于此方法建立增材成形试验系统,开展系列变化参数的直壁墙增材工艺试验. 利用同步采集的熔滴、熔池动态变化图像数据重点研究分析了送丝方式对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池行为和成形尺寸精度的影响规律. 结果表明,前、后送丝方式下熔滴均以液桥过渡方式熔入到熔池;相比前送丝增材过程,后送丝方式下焊丝熔化效率和熔滴过渡频率明显增加,熔滴尺寸变小,熔池表面高度和宽度尺寸波动均减小;高频脉冲电弧使熔池体积略微增加,热稳定性明显增强,直壁墙沉积件成形精度明显提高.     

双丝脉冲MAG焊的熔滴过渡及工艺特征

搭建了并列式双丝脉冲MAG焊工艺试验系统,通过双丝脉冲协调控制器连接试验所用的两台电焊机,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄．应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响．确定了最理想的脉冲峰值一基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11mm为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离．结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加．     

焊丝熔化方式对激光焊接过程的影响

研究了两种焊丝熔化方法(电弧预熔丝激光焊、激光填丝焊)激光焊接过程对匙孔稳定性以及焊缝成形的影响,进一步研究了焊丝熔化方法对焊接接头质量的影响,并对比分析了两种焊丝熔化方式对焊接速度的适应性. 结果表明,电弧预熔丝激光焊过程中,熔池表面匙孔开口尺寸变化不大,匙孔较为稳定;激光填丝焊方法由于熔化的液态金属距离匙孔边缘很近,焊接过程中熔池表面匙孔开口尺寸变化较大,而且容易出现熔池表面匙孔的闭合. 与激光填丝焊相比,电弧预熔丝激光焊熔化的焊丝端部可以沿熔池边缘流入,与匙孔边缘的距离较远,匙孔稳定性较好,焊缝气孔数量较少. 当焊接速度为8 m/min时,电弧预熔丝激光焊的焊缝成形良好;而激光填丝焊焊缝背面成形不连续,并且出现了未焊透的缺陷.