短路过渡CO2焊接熔滴形状数值模拟与控制

为了进一步提高短路过渡CO2气体保护电弧焊的工艺性能和焊接质量,根据高速CCD摄像获得的熔滴及其短路过渡图像,分析了熔滴与熔池短路前的形状对熔滴与熔池的短路、熔滴在熔池中的铺展及液桥缩颈形成的影响.采用熔滴静力平衡模型研究了电磁力(燃弧电流)、表面张力、重力与熔滴形状的关系,并通过对燃弧电流的精确控制实现了对熔滴形状的有效控制.当熔滴与熔池短路前为细长形状时,短路过渡过程稳定柔顺,而当熔滴为扁平形状时,则不利于熔滴的短路过渡,甚至产生瞬时短路.燃弧阶段的熔滴形状体现了各种力对熔滴的作用,而电磁力(燃弧电流)是决定熔滴形状的主要因素.根据燃弧电流对熔滴形状的影响规律,提出了采用前期大、后期小的燃弧电流控制原则,以在燃弧的不同阶段获得不同的熔滴形状.试验结果表明该控制方法获得了良好的适合于熔滴短路过渡的短路前熔滴形状,短路过渡过程柔顺稳定,消除了瞬时短路以及由此导致的飞溅,改善了熔滴的短路过渡行为,短路过渡结束后焊丝端部的残余液态金属具有良好的一致性.     

短路过渡CO_2焊接短路历程分析与控制

在剖析短路历程对短路过渡CO2焊接的焊接过程稳定性、焊接工艺性能和焊接质量影响的基础上,首先对短路历程不同阶段熔滴液桥的受力分析可知,短路初期较大的焊接电流将阻碍熔滴在熔池中的顺利铺展,而短路中后期的脉冲大电流将强化电磁力对液桥缩颈的形成;进而在依据短路期间电源输出回路电阻变化曲线对短路进程进行判断的基础上,采用在短路初期施加小电流、在中后期施加脉冲大电流、在缩颈破断前降低焊接电流的短路电流控制方法,对短路历程的控制进行了实验研究。结果表明,短路历程的一致性得到有效控制,短路过渡CO2焊接的焊接工艺性能得到显著改善。     

短路过渡CO2焊接短路历程分析与控制

在剖析短路历程对短路过渡CO2焊接的焊接过程稳定性、焊接工艺性能和焊接质量影响的基础上，首先对短路历程不同阶段熔滴液桥的受力分析可知，短路初期较大的焊接电流将阻碍熔滴在熔池中的顺利铺展，而短路中后期的脉冲大电流将强化电磁力对液桥缩颈的形成；进而在依据短路期间电源输出回路电阻变化曲线对短路进程进行判断的基础上，采用在短路初期施加小电流、在中后期施加脉冲大电流、在缩颈破断前降低焊接电流的短路电流控制方法。对短路历程的控制进行了实验研究。结果表明，短路历程的一致性得到有效控制，短路过渡CO2焊接的焊接工艺性能得到显著改善。     

激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析

利用高速相机对高氮钢激光-电弧复合焊接过程的熔滴过渡、熔滴形态、等离子体形态进行采集与分析。采用图像处理与数学计算相结合的方法给出熔滴在电弧空间飞行时的受力大小和加速度。初步计算激光产生的金属蒸气对熔滴的反冲力的大小和分布。结果表明:熔滴呈现颗粒过渡的临界焊接电流为180 A附近;熔滴呈现射滴过渡的临界焊接电流200 A附近。激光的加入对电弧具有明显的压缩作用,在熔池表面这种压缩作用更为剧烈。通过观测和计算给出电弧焊和激光-电弧复合焊时熔滴刚脱离焊丝的加速度分别达到70 m/s~2和50 m/s~2。在实际复合焊接过程中,当熔滴落入熔池位置与激光匙孔间距为3 mm时,从激光匙孔喷发的金属蒸气对熔滴的反冲力非常小。激光的加入主要改变了电弧形态,近而改变熔滴上下表面的压力差,使得熔滴在接近熔池表面发生合并和过渡频率减慢。     

超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas,U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法,利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律,主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理,结果发现随电弧电压增加,超声对电弧的压缩效果也逐渐增大;而随送丝速度增加,焊接电流增大,电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析,可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时,该附加力达到最大,约为2.8×10-3 N,继续增大焊接电流,该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌,结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度,存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析,随温度增加,声辐射力逐渐减弱,这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系,超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性,这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析,为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。     

电弧填丝增材制造过程熔滴射滴过渡特征及其对熔滴沉积成形的影响

基于脉冲GMA电弧检测了电弧填丝增材制造过程中与熔滴过渡相关的电弧电流、电弧电压和声发射信号,研究了电弧脉冲作用下的铝合金熔滴射滴过渡特征,提出了一种可对处于射滴过渡模式下的熔滴尺寸、电弧力和熔滴沉积率进行计算的方法,并分析了沉积层的成形质量特征。研究结果表明,利用检测获得的电弧电压、电弧电流信号和声发射信号可以对处于射滴过渡模式下的熔滴过渡过程及其特征进行区分。在本研究条件下,作用在过渡熔滴上的电弧力随电弧功率增加而递增。电弧力的增加将限制熔滴尺寸的增大,从而在电弧功率递增时呈现熔滴尺寸的递减和熔滴过渡频率的递增。同时,电弧功率增加,使热输入增大,射滴过渡熔滴对熔池的冲击增强,容易造成熔滴过渡形成的沉积层坍塌,从而使熔滴沉积层高度递增的趋势减缓,形成的沉积层显微组织明显粗化。     

双丝电弧焊熔滴过渡形式对熔池影响模拟研究

双丝电弧焊是一种满足了焊缝质量、焊接效率的高效焊接方法,得到了广泛的应用.采用数值模拟方法,建立双丝电弧焊热源模型,考虑到熔滴在不同的过渡形式下以不同的动量、热量滴入熔池,建立了熔滴热源、动量模型,对焊接过程中影响熔池流动的驱动力进行加载,并且考虑了熔池边界能量的辐射和对流.对熔滴不同过渡形式下的熔池热场与流场进行模拟分析,熔池的流场和温度场.结果表明:熔滴喷射过渡可以得到更大的熔深和熔宽,以及熔宽比,大的深宽比有利于形成高质量的焊缝,提高焊接质量.细滴粒过渡熔池可以得到更高的焊接温度,熔池长度相对较短,热量较为集中,在熔池深度和宽度方向上金属流动更剧烈,有利于将气体以及杂质带至熔池表面并排出.     

熔化极脉冲气体保护焊前中值波形控制方法研究

采用前中值电流波形控制方法可以实现对熔滴过渡过程的控制。首先从熔滴过渡过程能量传递的角度，利用Simulink工具对脉冲波形和能量进行了仿真，然后利用所研制的熔化极脉冲气体保护焊设备进行了前中值波控试验，并与仿真结果相结合，从能量的角度深入分析了中值时间和中值电流对熔滴过渡过程的影响。结果表明，采用前中值波形控制方法，通过设置合理的中值时间和中值电流，有利于控制熔滴的长大和过渡，实现一脉一滴过渡，焊接质量好。     

脉冲MIG焊熔滴过渡光谱控制法的研究

在有关电弧光谱信息研究的基础上,提出并成功地实现了脉冲MIG焊熔滴过渡的光谱控制法。它是一种物理状态控制法。试验表明：当峰值电流、基值电流、脉冲频率等焊接参数改变时,本方法均能保 持熔滴过渡为1峰0基的过渡。它具有精确控制熔滴过渡的能力,能更好地得到稳定的焊接过程和焊接质量。它还具 有抗干扰能力强、工艺适应性好、在线调节方便等一系列优点,并可期望用于2峰0基、3峰0基等的控制中,有很大的 发展潜力,为脉冲MIG焊过程和质量的自动控制提供了一个崭新的方法,是电弧光谱信息应用的新的重要发展。 试验还表明,光谱峰后切换法是实现1峰0基的最佳控制策略。论述了该方法的控制系统、原理、控制策略、焊接参数、 试验结果与分析等。     

脉冲MIG焊建模仿真分析及弧长控制

针对脉冲MIG焊过程中的电弧稳定性问题,建立基于尖端不稳定熔滴过渡理论的焊丝熔化动态电弧模型,并对焊接过程中的电弧电压、电弧长度及熔滴过渡尺寸进行仿真,得到与实际焊接相似的电弧电压波形,分析脉冲电流下熔滴过渡频率及影响电弧稳定性的因素,且进行弧长稳定控制的仿真研究,在此基础上运用快速原型技术建立铝合金脉冲MIG焊控制系统,采用电弧电压反馈对铝合金脉冲MIG焊过程进行送丝调节的弧长控制试验。研究表明:所建立的铝合金脉冲MIG焊焊丝熔化动态电弧模型很好反映了实际焊接过程,揭示出脉冲MIG焊焊接过程中熔滴过渡时间间隔具有一定的不确定性和电弧长度的不稳定性,通过电弧电压反馈控制可显著改善铝合金脉冲MIG焊过程电弧系统的稳定性。     

脉冲MAG焊后中值脉冲工艺研究

针对脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡过程的控制，提出后中值脉冲新工艺方法，分析了后中值电流及后中值时间对脉冲MAG焊接过程的影响规律。采用后中值脉冲工艺方法对低碳钢进行焊接工艺试验，确定了最佳的后中值电流和后中值时间。试验结果表明：后中值电流为一理想值范围时焊接效果较好，后中值电流太小或太大时焊接过程能稳定，但其焊接过程类似于无中值脉冲时的焊接过程，失去后中值脉冲工艺的意义；在确定了后中值电流为给定的理想值的基础上，后中值时间为一理想值范围时焊接效果较好，后中值时间太小或太大时焊接过程不稳定，会产生瞬时短路和断弧现象。合理地设置后中值电流和后中值时间，有利于控制熔滴过渡，实现一脉一滴过渡，获得的焊缝质量好、成形美观。     

GMAW焊接熔滴长大和脱离动态过程的数学分析

考虑GMAW焊接过程中熔滴过渡的主要特点,利用“质量-弹簧”理论建立了熔滴过渡的数学模型,对连续电流条件下GMAW焊接熔滴过渡过程进行了动态力学分析。定量分析了熔滴过渡形式、振荡速度等对熔滴过渡行为的影响,预测出了不同焊接电流条件下的熔滴脱离尺寸和过渡频率。结果表明,在同一焊接电流条件下, 上一个熔滴的脱离会影响到下一个熔滴在焊丝末端的振荡,并影响熔滴的尺寸和过渡周期:熔滴尺寸和过渡频率的理论计算值与试验数据基本吻合。     

CO_2气体保护焊技术问答?

1.二氧化碳气体保护焊(以下简称 CO_2焊接)时,“熔滴过渡”是怎么回事?共有几种过渡形式?采用短路过渡的短弧焊为什么适于薄板和空间全位置焊接?[答]:CO_2焊接是一种熔化极气体保护焊,在进行 CO_2焊接时,在电弧的热作用下,焊丝不断地被熔化,液体金属不断地离开焊丝未端进入熔池.这个过程称为“熔滴过渡”。熔滴过渡是 CO_2焊接中的一个重要环节,     

波控短路过渡CO2焊接恒频自适应控制系统

针对短路过渡CO2焊接工艺的特殊性,基于熔滴与熔池短路阶段电源输出回路电阻的变化特征,确定了有利于消除瞬时短路及提高熔滴过渡规则性的焊接电源输出电流波形.在对短路过渡频率及焊丝伸出长度进行实时检测的基础上,采用MC68HC11A1单片机为主控CPU,建立了焊丝伸出长度变化前馈补偿-短路过渡频率负反馈控制的波控短路过渡CO     

直流脉冲氩弧焊在容器封底焊中的应用

常见的焊接方式焊接电流大都是连续恒定的,调节方式比较单一。而脉冲电流是周期脉冲式的,调节参数众多。它由维持电弧燃烧的基值电流和用于加热并熔化工件焊丝、并使熔滴从焊丝脱落和向熔池过渡的峰值电流组成。它的特点决定了它在封底焊中保证根部熔透和防止背面焊瘤中有着独特的应用。     

铝合金P-MIG焊接熔滴过渡数值模拟

基于流体力学理论和电磁理论,建立铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(P-MIG)熔滴过渡的二维简化模型,通过应用Fluent软件,并结合用户自定义程序(UDF)和用户自定义标量(UDS)添加动量方程源项、电流连续方程,针对其熔滴过渡过程进行数值模拟,分析峰值电流、峰值时间和送丝速度对焊接熔滴过渡过程的影响规律。模拟结果显示,焊接熔滴过渡频率会随着峰值电流和峰值时间逐渐增加而增加,熔滴过渡类型会随之由多脉一滴过渡到一脉一滴,进而再向一脉多滴转变;送丝速度对熔滴的拉伸长度、脱落时间和实现一脉一滴的脉冲参数范围有一定的影响。对比结果表明,模拟结果和相关文献中的试验结果相吻合,有效地证明了所建立的数学物理模型的可行性。     

Ar+O_2 混合气体熔化极脉冲焊时的旋转喷射过渡特征

通过高速摄影方法,观察分析了在Ａｒ＋Ｏ２混合气体熔化极脉冲焊中形成旋转喷射过渡时的电弧形态和熔滴过渡形态。结果表明：当形成脉冲旋转喷射过渡时,熔滴呈液流束的形式向熔池过渡;焊接电弧呈鼓形;焊缝截面呈“扇形”或“锅底”形,它们与脉冲能量及气体物理性质等有关。     

钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制

从熔滴过渡形态及分类、过渡形态与工艺性关系、熔滴过渡机理、熔滴过渡影响因素及控制等方面．探讨了钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制原理。结果表明．该焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向滴状过渡．在电弧电压较纸瞬时，亦会发生短路过渡行为这类焊丝熔滴过渡形态对工艺性的影响，取决于焊接规范参数的变化．主要是焊接电流．并通过影响熔滴过渡指数．进而使工艺性指标发生之，依据该焊丝熔滴形成过程特点，建立了药芯焊丝熔滴过渡受力模型，焊接电流变化时．不同的作用力对熔滴过渡起主要作用。通过调整药芯组成物，选择焊丝截面形状，改变焊丝直径和钢带厚度．优化焊接工艺参数．改变作用于熔滴上相关力的大小或方向．最终实现对熔滴过渡的控制。     

脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。     

波控短路过渡CO_2焊接恒频自适应控制系统

针对短路过渡ＣＯ２焊接工艺的特殊性,基于熔滴与熔池短路阶　段电源输出回路电阻的变化特征,确定了有利于消除瞬时短路及提高熔滴过渡规则性的焊接　电源输出电流波形。在对短路过渡频率及焊丝伸出长度进行实时检测的基础上,采用ＭＣ６８ＨＣ　１１Ａ１单片机为主控ＣＰＵ,　建立了焊丝伸出长度变化前馈补偿—短路过渡频率负反馈控制的波控短路过渡ＣＯ２焊接恒频自适应控制系统,以提高焊接工艺过程的稳定性、抑制焊丝伸出长度变化对焊接工艺过程的扰动。