GMAW熔滴过渡数值模拟的研究进展

熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟作为焊接学科的前沿领域和研究的热点之一，近年来已经取得了较大的进展。本文在综述了熔化极气体保护焊熔滴过渡数值模拟理论发展的基础上，详细的分析了目前最为广泛用于熔滴过渡数值模拟的流体动力学理论建模的关键技术，并展望了未来的发展趋势。     

熔滴过渡类型光谱信号自动识别软件系统

根据模式识别原理和方法,在Windows环境下以Visual Basic为开发语言,成功地开发了一套熔化极气体保护焊（MIG、MAG、CO2）熔滴过渡模式识别软件系统,通过试验在特征谱线下,采集了大量熔化极气体保护焊五种熔滴过渡光谱信号波形。该软件系统根据熔滴过渡与光谱信号的对应关系,以及溶化极气体保护焊五种熔滴过渡的光谱信号波形的几何特征,经数据的预处理,创造性地抽取了多个关键性的特征参数,建立了相应的识别函数和最小距离法分类器,结果表明,利用该系统较好地对MIG、MAG和CO2焊熔滴过渡类型进行自动识别,具有较高的准确性和识别精度,为实现熔化极气体保护焊溶滴过渡自动控制提供了信号处理基础。     

GMAW-P熔滴过渡控制新方法

介绍了熔滴过渡与电弧光谱信息的对应关系,利用光谱信息控制脉冲熔化极氩弧焊的控制方案和结果。并介绍了脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡光谱控制法焊接设备实用化、小型化的新方案。     

熔化极气体保护焊熔滴过渡分析

利用高速摄影图像与电信号波形观察熔化极气体保护焊的熔滴过渡,分析了影响熔滴过渡的主导因素。结果表明,CO2气体保护焊时熔滴沿非轴向排斥过渡,氩气保护焊时熔滴沿轴向过渡;焊接电流对熔滴过渡方式的转变起主导作用,随着焊接电流的增大,CO2气体保护焊中依次出现短路过渡和大滴排斥过渡,熔滴尺寸依次增大,过渡频率依次减小,氩气保护焊中依次出现短路过渡、大滴过渡、射滴过渡、射流过渡和旋转射流过渡,熔滴尺寸逐渐减小,过渡频率逐渐增大;氩气保护焊中,由滴状过渡转变为喷射过渡的临界电流约为170 A。     

脉冲熔化极气体保护焊研究现状与发展

针对脉冲熔化极气体保护焊的脉冲电流波形、形式、电弧长度控制和熔滴过渡信号检测与控制、焊缝成形等内容的研究现状进行了讨论。展望了脉冲熔化极气体保护焊的发展趋势。     

TCGMAW送丝速度对熔滴过渡及焊缝影响的高速摄影分析

熔滴过渡是决定熔化极气体保护焊焊接质量的重要焊接过程,通过对弧焊熔滴过渡的高速摄影与电信号波形及焊缝的对比分析,研究了双丝共熔池气体保护焊(TCGMAW)不同送丝速度对焊接电弧与熔滴过渡的影响,为探索新的熔滴过渡控制方法、进行弧焊电源研发和弧焊工艺的改进提供了有效的技术手段和可靠的理论依据参考。     

基于Fluent的GMAW焊接熔滴过渡过程的动态模拟

利用计算流体力学商业软件Fluent模拟熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的熔滴脉冲过渡中一脉一滴和两脉一滴的过渡形式.建立了基于流体动力学和电磁理论的熔滴过渡的数学模型,模拟了熔滴形成、长大和脱落的过程.同时进行同等参数下的焊接试验,利用高速摄像系统拍摄了熔滴过渡的动态过程.结果表明,模拟结果与试验结果吻合.熔滴一脉一滴的过渡形式主要受焊接电流的影响,利用模拟的方法可以大致给出范围,指导焊接试验,从而减少试验量.     

等离子-熔化极气体保护焊电弧特性研究现状

等离子-熔化极气体保护焊的电弧形态和熔滴过渡方式直接关系到焊缝质量,采用不同的电极连接形式,如直流正接、直流反接,电弧形态及熔滴过渡方式均不同;主要介绍了目前等离子-熔化极气体保护焊在采用不同的电极连接形式下,不同的电弧形态和熔滴过渡方式,以及电弧成分组成和温度分布;通过对熔化极等离子弧静特性等方面的研究发现,熔化极电流的大小不是由焊丝与工件间的电压决定的,而是由导电嘴与焊丝端部处的等离子弧电位差决定的,并决定电流的方向.     

熔滴过渡光谱信号模式识别分类器的设计

以熔化极气体保护焊电弧光谱信号作为样本,设计了一种熔滴过渡模式识别分类器.首先对光谱信号进行预处理并抽取了多个关键性的特征参数,通过降维分析得到一组新的特征向量.随后建立了相应的识别函数和最小距离法分类器.最后利用检验样本对分类器的性能进行了检验和评价.判别结果表明,利用该分类器能够较好地对MIG焊和C02焊熔滴过渡类型进行自动识别,具有较高的准确性和识别精度,为实现熔化极气体保护焊熔滴过渡自动控制奠定了基础.     

熔化极气体保护焊熔滴过渡研究

研究熔化极气体保护焊（MIG／MAG）熔滴过渡的实验手段主要有示波法和高速摄影法2种,高速摄影法直接有效,已被研究工作者广泛采用。静力平衡理论（SFB）和缩颈不稳定理论（PIT）是分析熔滴过渡的两大理论,能够合理解释熔滴过渡中的一些物理现象。采用熔滴过渡信息对焊接过程进行实时控制是熔滴过渡研究的实际应用。     

轻金属材料激光+GMAW复合热源焊接机理的研究进展

激光+GMAW复合热源焊接是近几年在国际上得到迅速发展和应用的焊接前沿新技术,是轻金属材料优质高效连接的最佳熔焊工艺.但对其内在的物理特征及其基础理论和关键技术问题还缺乏深入的研究.文中分析了激光+GMAW复合热源焊接在国内外的研究现状,并在此基础上根据作者已进行的研究,提出了当前应当重点深入研究的几个关键科学和技术问题,如激光与电弧的能量耦合机制、激光对弧焊熔滴过渡的作用机制、复合热源焊接熔池内的传热与传质、复合热源焊接冶金、焊接接头的应力-应变场与变形控制规律等.最后指出数值模拟是轻金属材料复合热源焊接基础研究的重要手段.     

Determining the boundaries of globular-to-spray transfer in robotic GMAW

Robotic gas metal arc welding （GMAW） experiments were conducted using an ERTOS-1 electrode with Ar ＋ 10% CO2 shielding gas, and the welding current and arc voltage signals were collected by a data acquisition system. The boundaries between globular transfer and spray transfer in terms of the welding current and arc voltage were determined according to the waveform of electric signals and the Fourier transform results of arc voltage. The optimum welding parameters for the two transfer modes were obtained, which laid a foundation for the numerical simulation and control of GMAW process.     

Measuring the process efficiency of controlled gas metal arc welding processes

Abstract

The thermal or process efficiency in gas metal arc welding (GMAW) is a crucial input to numerical models of the process and requires the use of an accurate welding calorimeter. In this paper, the authors compare a liquid nitrogen calorimeter with an insulated box calorimeter for measuring the process efficiency of Fronius cold metal transfer, Lincoln surface tension transfer and RapidArc, Kemppi FastRoot and standard pulsed GMAW. All of the controlled dip transfer processes had a process efficiency of ～85% when measured with the liquid nitrogen calorimeter. This value was slightly higher when welding in a groove and slightly lower for the RapidArc and pulsed GMAW. The efficiency measured with the insulated box calorimeter was slightly lower, but it had the advantage of a much smaller random error.     

电弧热流分布模式对GMAW焊接温度场的影响

提出了ＧＭＡＷ熔池表面产生较大变形时的电弧热流分布模式,以此为基础并考虑熔滴过渡过程及焊缝余高,建立了焊接温度场的数值分析模型,通过数值模拟,定量分析了焊接工艺参数－ＧＭＡＷ熔池表面变形－电弧热流分布－熔池形态及其温度是之间的相互影响。焊接工艺试验结果,与高斯热源模型相比,采用本文给出的ＧＭＡＷ电弧热液分布模型的计算结果更符合实际。     

铝合金Plasma-GMAW-P复合焊接电弧特性及熔滴过渡行为

研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明,不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时,GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著,基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧,峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩,熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加,对熔滴过渡的促进作用增强,熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加,氛围中金属蒸气增多,电荷流效应对GMAW电弧的影响增强,基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧,由于焊接电弧存在热惯性,MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧,熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小,熔滴脱离焊丝的时间增加。     

熔化极气体保护焊的直接自适应控制

焊接电流和电弧长度是熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的主要状态变量,决定了熔滴的过渡过程、热量输入和焊缝成形.文中在分析GAMW焊接工艺过程的基础上,建立了焊接电流和电弧长度的数学模型,采用基于二次型性能指标的直接自适应控制算法,通过调节焊接电源输出电压和送丝速度的大小,使焊接电流和电弧长度能跟踪参考模型的输出.同时,针对实际应用中难以检测的电弧长度,建立了电弧长度估计模型,实现了对电弧长度的软测量.结果表明,该算法可以实现弧长和电流的精确控制.     

Numerical simulation for GMAW with a new model based on phase field model

In this paper,a numerical investigation about the metal transfer of GMAW is investigated based on the phase field model.Be different of most published work,we take the thermocapillary effect and mixture energy into the process of phase transfer and interface change which is different from volume of fluid( VOF) method.We discretize the whole model with a continuous finite element method and we also apply a penalty formulation to the continuity condition enhancing the stability of the pressure.Metal transfer of GMAW with constant and pulse current is computed as numerical examples which agrees well with the data of high-speed photography.The result shows that the computing process of the phase field model is stability and it has a higher precision in predicting the diameter of droplet.     

数值模拟在半因态金属加工中的应用

本文在综合有关半固态金属加工过程模拟文献资料的基础上，简要分析了半固金属加工过程模拟的特点，对数值模拟技术在半固态加工方面研究的发展，现状和趋势进行了详细的评述。