铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

变极性等离子弧焊换向过程的变阻尼现象

通过试验证实了变极性等离子弧焊换向过程中存在焊接电流谐振现象,且不同极性转换时电流谐振峰值不同,即"焊接电源-等离子弧"系统在换向时呈现变阻尼状态.对换向过程燃弧机理分析表明钨极与工件作为阴极发射电子能力的差异是造成此现象的根源,进一步对换向电路分析后可知,换向系统的阻尼比为时变量.在不改变换向速度保证燃弧稳定性的情况下,通过对换向后系统阻尼比的调整,显著降低了电流谐振峰值,改善了大电流焊接时换向器件的工作状态.     

变极性等离子弧焊电源设备主电路分析与设计

分析了双电源供电方式的变极性等离子弧焊电源主电路的工作原理，选择IGBT作为主功率开关元件，并对其工作参数及保护电路进行了设计。     

变极性等离子弧焊双填丝工艺的研究

分析了焊丝填充方式对焊缝成形及其稳定性的影响,提出了双填丝VPPA焊接工艺。自行设计和制造了一套能实现双填丝VPPA焊接工艺的焊丝填充装置,试验研究了送丝方式对焊缝成形的影响,以及试件焊前装配时存在间隙和错边量情况下的焊缝成形情况。试验结果表明,双填丝VPPA焊接工艺对试件焊前的装配间隙和错边量都有较大的适应性。     

脉冲变极性弧焊逆变电源数字化控制系统

在采用数字信号处理器(DSP)DSP56F805构建基于双DSP的脉冲变极性弧焊逆变电源全数字化控制系统的基础上,针对数字化脉宽调制(PWM)控制脉冲存在的脉冲宽度保持和延迟对电源输出动态响应和稳态精度等控制性能的影响,提出了基于电源输出电感电阻(LR)负载模型的电流预估计算法,进而对简单数字比例积分微分(PID)控制算法进行了修正.同时,系统通过对电流/电压检测信号的预处理、A/D采样与PWM同步、数字滤波等措施有效地提高了系统的抗干扰性能.脉冲变极性输出特性控制试验验证了基于电流预估计的数字PID控制算法的正确性和有效性.     

基于计算机仿真的铝合金变极性等离子弧焊温度场分析

采用"高斯+双椭球"热源模型,建立正、反极性等离子电弧热源模型。采用APDL(ANSYS parametric design language)编程语言,对变极性等离子弧焊(VPPA)温度场进行模拟。通过分析其温度场,计算出正、反极性等离子弧焊高温区面积和熔池形状,并通过实际焊接试验验证了该模型的合理性,这为焊接工艺参数的合理选择提供了理论依据。     

铝合金变极性等离子弧焊焊接参数对焊缝成形的影响

采用VC++编程,开发了针对铝合金变极性穿孔等离子弧焊缝尺寸测试的软件,并对不同等离子气流量和焊接电流时的焊缝尺寸进行了测试,分析了两种焊接工艺参数对正反两面焊缝尺寸的影响。随着等离子气流量的增加,正面焊缝的尺寸下降,而背面焊缝尺寸增加,两面焊缝的余高的变化均有一定波动;随着焊接电流的增加,焊接热能和焊缝宽度进一步提高而余高略有下降。并对其机理进行了讨论,认为上述现象的产生与焊接电弧压力和焊接热量有关。     

基于单片机控制的脉冲等离子弧焊过程控制系统研究

采用单片机控制技术代替传统的模拟控制技术,设计研制出一套小型化、逆变式的自动等离子弧焊系统.主电路由两个逆变电源供电,控制系统以高性能单片机AT89C51为核心,实现对焊接过程的自动化控制.     

等离子弧焊过程控制系统的电磁兼容性研究

通过分析基于MCS196KC单片机控制的等离子弧焊过程控制系统的工作原理和电磁兼容性能,结合等离子弧焊过程对控制系统产生的影响,从过程通道、空间干扰和电源稳定性三个方面分析了等离子弧焊过程控制系统的电磁兼容性问题,并提出了解决办法,提高了系统过程控制的稳定性.     

基于软PLC的变极性等离子弧焊接控制系统

软PLC技术是近些年发展起来的一种新型控制技术,它是基于PC机的,因其强大的网络通讯能力和数据处理能力迅速成为工业自动化领域的研究热点,阐述了变极性等离子弧焊的焊接原理,介绍了以德国3S公司的软PLC产品CoDeSys以及Ether CAT现场总线为基础的分布式变极性等离子焊接控制系统的设计方案。该系统通过读取运行G代码实现空间直线和圆弧的插补完成复杂空间曲线轨迹的行走,并且在运动控制的过程中实时控制焊接工艺参数,最终实现复杂空间曲线焊缝的焊接。     

变极性穿孔等离子弧焊接系统的研制

介绍了铝合金变极性穿孔等离子弧焊接控制系统，利用80C196单片机作为控制系统的核心，研制了包括变极性电源、步进电机控制系统等部分在内的变极性焊接系统。该系统主要应用于铝合金变极性穿孔等离子弧焊接工艺。     

变极性等离子弧焊研究进展

变极性等离子弧焊的优点在于能够灵活调节特征工艺参数如电流频率、正负半波电流幅值及导通时间比，以满足铝合金焊接时的阴极清理和形成穿孔焊。介绍了国内外在实现变极性电流波形、电弧稳定性、阴极清理机理、小孔信号检测等方面的研究现状。指出保证前后级同步是双逆变电路形式的技术关键，双通道形式可克服主、维弧干涉并降低钨电极烧损。溅射、电介质击穿及瞬时熔化和蒸发是目前解释阴极清理机理的主要理论，重要的是工艺参数对清理的影响规律。近年来又出现了几种新的小孔检测方法，而正面检测及多传感信息融合仍是其主要发展方向。     

VPPA焊接的焊缝成形稳定性控制的研究现状

变极性等离子孤焊的优点在于能够灵活调节特征工艺参数,如电流频率、正负半波电流幅值及时间比,以满足铝合金焊接时的阴极清理和实现小孔焊接的要求.因此,在航空航天铝合金结构的焊接中获得了广泛的应用.主要介绍了该焊接方法在焊缝成形稳定性控制方面的研究现状,主要分为预置参数开环控制方式、实时检测闭环控制方式和多参数信息融合反馈控...     

铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上热和力的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.     

A computer-based control system for keyhole plasma arc welding

A new kind of control system for keyhole plasma arc welding （K-PAW） was developed based on the computer and the Graphics Language--LabVIEW. It can set and output the required current waveforms with desired decreasing slopes so that the corresponding ＂opening and closing＂ of keyhole can occur periodically. With this control strategy of welding current waveforms, the workpiece is fully penetrated while no burn-through Occurs. Keyhole plasma arc welding experiments were conducted to verify the stability and reliability of the developed system.     

变极性等离子电弧压力的影响因素分析

利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因素对电弧压力影响的大小依次为:等离子气流量>正极性电流>正反极性时间比>反极性电流.分析原因,等离子气流量是通过冷却压缩提高电弧压力,压缩了电弧尺寸,而焊接电流则通过电磁压缩,但也提高了电弧半径.由于正反极性阶段电弧压力的差异较为明显.因此正反极性时间比对电弧压力也有显著的作用.

Abstract：

VPPA pressure was measured at different welding parameters by U-tube barometer method. The effects of different welding conditions on arc force, including straight polarity current, reverse polarity current, time ratio, plasma gas flow rate were analyzed by the orthogonal experiment. The results indicates that VPPA pressure increased with these four parameters, and the influences of the welding parameters are in order of plasma gas flow rate, straight polarity current, time ratio, and reverse polarity current. Then the mechanisms were discussed. The plasma gas can cool and compress the arc column and compress the arc radius, which increases the VPPA pressure; while the welding current increases the arc radius by electromagnetic compression, which enhances the VPPA pressure. Moreover, due to the great difference of VPPA pressure between straight polarity phase and reverse polarity phase, time ratio is also one of key factors to VPPA pressure.     

铝合金脉冲变极性等离子弧焊接工艺

研发了一种单电源双脉冲混合调制VPPA(variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,在典型VPPA焊接基础上加入高低频调制脉冲,可输出1~5 kHz高频脉冲,1~2 Hz低频脉冲及高低频混合脉冲. 以3003铝合金为试验对象,采用脉冲VPPA焊接方法,对其进行焊接试验,并通过焊接接头拉伸性能测试、显微相组织分析及断口扫描电镜等手段对铝合金的焊接质量和接头性能进行了分析. 结果表明,由于高低频混合脉冲电流的周期性变化,对熔池产生搅拌、冲击作用,从而提高了焊接接头抗拉强度,细化焊缝晶粒组织,断口韧窝趋于均匀且密度增加,提高了铝合金焊缝质量.     

基于现场总线技术的变极性等离子弧焊接控制系统

以嵌入式PC和德国倍福E-bus模块组成硬件平台,构建了一套基于现场总线的变极性等离子弧自动化焊接控制系统.利用EtherCAT协议构建系统的运动控制平台,建立空间笛卡儿三维坐标系,采用G代码命令编程,实现对于焊接空间轨迹的示教功能,同时利用DeviceNet协议构建系统的焊接工艺控制平台,建立变极性等离子焊接电源、等...