短路过渡GMAW系统中参数变化的预测分析

在建立了短路过渡GMAW系统动态模型的基础上，研究了与GMAW短路过渡过程有重要关系的动态参数，特别涉及到一些无法通过试验获取的参数的动态变化，并进一步讨论了有关参数间的内在联系。焊丝熔化速度与焊接电流变化规律一致，但在燃弧和短路的交替瞬间发生跳变；焊丝熔化速度直接影响到焊丝干伸长的变化和短路液桥高度的变化；短路期液桥的体积同时受到焊丝熔化和液桥金属向熔池过渡的影响。     

GMAW短路过渡动态模型的建立

从全系统的角度建立了短路过渡GMAW系统的动态模型.在研究了短路过渡GMAW过程各物理量相互关系的基础上,在一定的条件下,以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,其中的液桥形状动态模型则采用了能量最小原理.在建立的动态模型基础上进行了仿真计算和误差分析,并进一步与实际的焊接过程进行了比较.     

GMAW短路过渡液桥形状动态模型

GNAW(熔化极气体保护焊)短路过渡中的液桥形状变化受诸多因素影响,是一个复杂的动态变化过程.基于能量最小原理,在一定的假设条件下,建立了GMAW短路过渡液桥形状动态变化的模型;结合焊接回路的动态模型,对液桥形状动态变化进行了仿真计算;并在此基础上,进一步进行了模型的试验验证和模型的误差分析.结果表明,建立的GMAW短路过渡液桥形状模型所描述的液桥轮廓动态变化趋势与试验结果比较吻合,实际焊接过程中的液桥形状还受到磁偏吹、焊接运动过程、熔池作用、保护气体流动等的影响,这些影响是造成液桥形状模型误差的主要因素.     

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.     

压电驱动GMAW短路过渡行为控制

文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术,压电致动器膨胀锁止焊丝,收缩则释放焊丝.在焊丝锁止-释放过程中,可以主动驱动熔滴与熔池短路,并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡.研究结果表明,组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善,短路开始和结束都稳定可控,避免了随机短路的发生,不再依赖大短路电流强制缩颈液桥,短路过渡频率显著提升,在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz,DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差,但短路过渡频率也可达100 Hz.     

脉冲GMAW熔滴过渡动态过程的解析模型

在脉冲GMAW过程中，电流的突然转变会引起熔滴在焊丝末端的明显振荡，合理的利用向下振荡的动量可控制熔滴过渡。该文基于熔滴受力分析，建立了脉冲GMAW熔滴过渡的解析模型，并对熔滴的振荡和脱离过程进行分析，定量计算焊接工艺参数对熔滴过渡过程动态行为的影响，可用于指导脉冲GMAW主动控制模式下一脉一滴过渡工艺参数的优化设计。     

熔化焊接过程中熔滴短路过渡的研究进展

GMAW焊接方法在工业中应用范围广泛,但GMAW焊接中短路过渡存在飞溅问题.针对与这些问题已经有很多方法解决,如:在回路中串入电感、电流波形控制、表面张力过渡、冷金属过渡等.以上各种改善短路过渡飞溅的方法都能在一定的使用范围内改善短路过渡飞溅问题,但也存在着生产效率低、熔深浅、焊缝成形不好等局限性.将激光热源引入到短路过渡方法中,激光-电弧复合热源焊接在保证焊接稳定性的同时也提高了焊接速度,改善焊缝成形,很大程度上扩大了短路过渡的应用范围.通过SFBT、PIT方法和自由边界模型的VOF方法,对GMAW焊接熔滴过渡理论进行不断深入的研究.     

间隙对GMAW立焊熔滴过渡的影响及温度场特性

采用高速摄像采集系统对间隙存在及变化时GMAW摆动电弧立向上焊焊接过程中的熔滴过渡行为实时图像进行采集,分析了熔滴过渡行为对电弧质量和焊接过程的影响,结合电弧质量分析仪采集的焊接电流、电弧电压概率曲线图对试验结果加以验证和补充解释,最后通过有限元数值模拟技术对GMAW立向上焊接过程数值模型进行建立,并对瞬态焊接温度场进行验证和分析. 结果表明,随着间隙的出现及尺寸的增加(0 ~ 4 mm范围内),GMAW立向上焊熔滴过渡形式由短路过渡向特殊的滴状过渡发展,模拟结果说明GMAW立向上焊热影响区具有较大的温度梯度特性.     

超声模式对GMAW短路过渡行为与焊缝成形的影响

文中研究了连续输出的超声与脉冲输出的超声对GMAW短路过渡行为与焊缝成形的影响.结果表明,焊接过程中引入连续超声与脉冲超声均能改善GMAW短路过渡行为与焊缝成形.两种模式对熔滴过渡行为的影响基本一致;在焊缝成形方面,连续超声对于焊缝熔深的影响更为显著.具体结果为普通GMAW短路过渡周期约为86.5 ms;连续超声辅助GMAW短路过渡周期约为79 ms;脉冲超声辅助GMAW短路过渡周期约为76.5 ms.普通GMAW的熔宽为5.06 mm、熔深为0.361 mm,焊缝余高为1.253 mm. 与普通GMAW相比,连续超声辅助GMAW焊缝熔宽减小了0.4 mm,焊缝熔深增加了100%;脉冲超声辅助GMAW焊缝熔宽减小了0.19 mm,焊缝熔深增加了67.6%.     

摆动电弧窄间隙GMAW熔滴过渡规律

研究摆动电弧窄间隙焊接中的熔滴过渡规律是深入理解该焊接方法的重要基础,由于受到电弧摆动、窄间隙坡口的影响,摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡比常规焊接更加复杂.采用高速摄像系统及焊接电信号采集系统成功地对摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡过程进行观测研究,揭示了摆动电弧窄间隙GMAW的熔滴过渡特性,分析了摆动参数、焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,由于焊丝在坡口之间的摆动改变了焊丝与侧壁之间的距离,引起了焊接电弧长度的变化,促使焊接电流发生了波动,从而导致了摆动电弧窄间隙焊接熔滴过渡的规律性变化.     

GMAW焊送丝机PWM可逆调速系统

目前普遍使用的晶闸管送丝机系统,存在动作噪声大、寿命低、系统响应速度慢、功率因数低等缺点,难以满足高质量GMAW焊的需要.采用特制的高频可逆调速电机驱动电路配合低惯量的印刷电机,研制了一种适用于GMAW(熔化极气体保护焊)焊接电源的新型可逆调速送丝系统.试验证明,该送丝系统送丝平稳可靠,送丝速度的线性度好,可调节范围宽,电枢电压惯性小,完全可以满足高质量GMAW焊工艺对送丝系统性能的要求.     

无镀铜焊丝熔滴过渡形态与工艺质量的关系

综述了镀铜和无镀铜焊丝熔滴过渡形态与工艺质量的关系。两种焊丝GMAW焊接时,熔滴有大滴过渡、喷射过渡和短路过渡3种形态。在富氩混合气时都存在滴状向喷射过渡的转变电流。无镀铜焊丝在不同保护气体时的电弧改善、熔滴细化、转变电流均低于镀铜焊丝。焊接电流和电弧电压的正确匹配是获得满意过渡形态的重要条件。焊丝的工艺质量除了受焊丝和涂层成分及母材焊接性控制之外,主要受焊接工艺条件控制。通过工艺参数匹配的变化建立了熔滴过渡形态与焊丝工艺质量间的关系,其内在联系主要是熔滴尺寸和转变电流的变化。     

参数可调多斜率波控GMAW

从波形控制参数的角度分析了影响短路过渡GMAW焊接稳定性的因素，并在此基础上设计了一种短路电流上升斜率可调节的多斜率波形控制方法。结果表明，通过对各阶段波控参数精确的调节，可以为适应不同的工艺条件而微调焊接工艺规范的情况下通过调节短路电流的上升速度和控制时间，增加规范的适应性，保持焊接过程的稳定性；有效的提高GMAW的焊接性能，可以更好的满足不同的焊接工艺的要求。     

Modelling of the GMAW system in free flight and short circuiting transfer

Abstract

An efficient model of gas metal arc welding (GMAW) systems was developed. The model accounts for the short circuiting transfer with free flight transfer, with finite droplet height included. Furthermore, we have analytically solved the energy equation of the wire, including the contact resistance between contact tip and wire as a boundary condition of the energy equation. The model predicts the time variable properties of GMAW systems from short circuiting to free flight transfer mode. Model prediction results have been compared with experimental results, and have shown good agreement.     

Research on short circuiting transfer mode of ultrasonic assisted GMAW method

Abstract

Ultrasonic assisted gas metal arc welding (U-GMAW) has been recently developed to improve the metal transfer characteristics. The ultrasonic wave is applied on the metal transfer process by means of an acoustic field. Welding electrical signal measurement and high speed camera are employed to study the differences of short circuiting metal transfer between conventional GMAW and U-GMAW. Compared with the conventional GMAW, the short circuit frequencies of U-GMAW are obviously increased under the same welding parameters. Moreover, the voltage range of the stable short circuiting transfer is enlarged, and the weld appearances become more uniform with the action of the ultrasonic wave. The high speed video images indicate that the U-GMAW arc is compressed and the electrical field intensity is increased. The decrease in the arc length is the main reason for the increase in the short circuit frequency.     

CO2气体保护焊短路过渡电弧点焊对接薄板技术

分析了ＣＯ２气体保护焊短路过渡电弧点焊过程及特点,利用短路过渡电弧作用小的特点可进行薄板的点焊对接。点焊时,在短路之前使焊丝端部预先溶化,引弧后使焊丝熔化速度大于送丝速度,能快速点焊对接薄板。     

软开关双电弧共熔池脉冲GMAW焊装备关键技术

双电弧共熔池脉冲GMAW焊集高速高效、优质和自动化于一体,近来备受重视,但国内对此研究不多.本文在系统分析双丝脉冲GMAW焊电弧形态、熔滴过渡以及熔池行为的基础上,对双电弧共熔池脉冲GMAW焊系统实现的关键问题如电源类型、动特性、外特性、控制模式、协同控制方式、双丝焊枪设计以及送丝系统等进行了较深入的探讨.