基于视觉图像处理的铝合金交流TIG焊阴极清理区域的研究

介绍了方波交流钨极氩弧焊的工艺特点以及铝合金焊接过程中β(正半波电流占整个周期电流的比例)对阴极清理作用的影响。针对铝合金交流TIG焊电弧的特点,合理选择CCD、滤光系统构建了被动视觉传感器和图像采集处理系统。比较三种β值时铝合金交流TIG焊接的阴极清理作用,采用图像处理技术提取阴极清理区和焊接熔池的边缘,获得了阴极清理区域和熔池宽度。通过与实际测量比较表明,采用被动视觉传感技术和图像处理方法可以准确反映阴极清理作用,通过图像处理获得的熔池尺寸与实测值基本吻合。     

AC–GTAW of aluminium – new perspective for evaluation of role of positive polarity time

Abstract

Experiments were carried out to determine the effect of the positive polarity time on cathodic cleaning, arc voltage, arc power and weld bead geometry on AC–GTAW of aluminium. Welding current was kept constant in both positive (EP) and negative polarity. During the experiments current and voltage monitoring was performed to further analysis of arc voltage and arc power. There was an increase in the weld depth and fusion areas when longer EP times were used. This behaviour differs from the traditional literature relating to welding processes with non-consumable electrodes. However, this increase occurs from a certain point, when the EP time is >4·0 ms over a total period of 20·0 ms. The use of a minimum EP time was found to be sufficient to perform the oxide removal, yielding weld beads with satisfactory fusion characteristics and minimum wear of the tungsten electrode.     

薄板铝合金脉冲交流TIG焊工艺

采用双逆变脉冲交流TIG焊机对薄板铝合金的焊接工艺进行了研究，探讨了脉冲电流幅值、EP半波时间、脉冲电流频率对焊接工艺的影响。脉冲电流幅值和EP半波时间对铝合金表面氧化膜的清理有重要影响，在焊接薄板铝合金时应采用较低的脉冲频率。采用合适的焊接规范参数，容易实现焊缝成形的控制，并能获得较好的焊接质量。     

新型方波交流GTAW逆变电源的研制

针对铝、镁金属及其合金焊接的特点,研制了1台新型的方波交流GTAW（Gas Tungsten Arc Welding）逆变电源,该电源采用较为简单的反级逆变结构形式,降低了整机的成本和电路的复杂性。同时运用新颖的稳弧控制措施,得到了较好的稳弧性能。实验证明,该机具有多功能、性能可靠的特点,能很好地满足焊接铝、镁金属及其合金的需要。     

交流方波氩弧焊功率变换器

本文提出一种用于交流氩弧焊的功率变换器,它与具有陡降特性的直流焊接电源配套进行交流方波氩弧焊。文中介绍了其工作原理,性能特点及主要研究设计内容。结果表明,该方法是实现高质量交流氩弧焊的有效途径之一。     

交流TIG电弧过零时段的时间-能量分布特征

借助于高时间分辨率的增强型CCD光谱分析系统,对交流TIG电弧在方波、梯形波、正弦波3种波形条件下不同过零速度的发射光谱进行了观测与分析,应用谱线Stark展宽理论计算得到了电子密度及其时间的变化.结果表明,对应于不同电流波形的电子密度在过零时段表现出一种滞后现象,并且滞后时间与电流过零速率、能量输入以及电弧输入功率变化率有关,探讨了焊接弧一源系统能量转换过程中的非傅里叶效应的存在及其条件.     

Y2O3-Gd2O3-HfO2掺杂W基直热式阴极热发射及耐电子轰击特性研究

为了提高大功率磁控管阴极的耐电子轰击性能,首次采用Y2O3-Gd2O3-HfO2(Y-Gd-Hf-O)掺杂金属W粉制备大功率磁控管用直热式阴极。对不同质量百分比(wt%)Y-Gd-Hf-O掺杂W基直热式阴极的热发射及耐电子轰击特性进行了研究。实验结果显示,50 wt% Y-Gd-Hf-O掺杂W基直热式阴极具有较大的热发射能力,1500 ℃工作温度下即可提供1.0 A/cm2的拐点发射电流密度。10 wt% Y-Gd-Hf-O掺杂W基直热式阴极具有较好的耐电子轰击性能,经过14 W/cm2电子连续轰击200 h后,热发射电流密度仅下降0.1 A/cm2。最后,对Y-Gd-Hf-O掺杂W基直热式阴极热发射及耐电子轰击机理进行了有益的探讨。     

激光镀锆/钪钡铝酸盐复合薄膜钪型阴极的研究

钪型阴极具有优异的电子发射潜力,但同时也存在着发射均匀性和重复性差等共性问题。本文提出采用脉冲激光镀膜技术在浸渍钪型阴极表面沉积锆/高活性钪钡铝酸盐复合叠层薄膜,以实现对其性能的改进。实验完成了阴极表面膜层的制备,阴极二极管电子发射性能测试,阴极表面光/热发射电子显微镜观察,以及激活阴极表面成分及其深度方向分布的俄歇电子显微镜分析。研究结果表明,覆膜钪型阴极激活后,其表面Ba、Sc含量提升,获得了约110 ~ 130 nm厚的活性层,阴极展现出良好的发射性能;同时,阴极的表面发射均匀性获得明显提升。     

Thermionic properties of Mo-La_2O_3 cathode wires

The recent advances in Mo-La2O3 thermionic cathode materials were presented. It is shown that Mo-La2O3 cathode has better ductility, radioactive pollution-free, excellent thermionic electron-emission properties and lower operating temperature compared with W-ThO2 cathode. At operating temperature 1350～1400℃, the average saturation current of the Mo-La2O3 cathode is 118mA, the corresponding average current density is 367mA/cm2, and the average emission efficiency is 11.8mA/W. The lifetime of diode is more than 2000h when the stable emission current is 80mA. Moreover, the lifetime of practical 6T51-type triode is more than 1000h. These advances show that the Mo-La2O3 cathode electron tube is closer to industry application.     

变极性TIG焊电弧负载特性及换向控制策略

通过对变极性TIG焊电弧负载特性试验研究,发现EN（钨极接负）时电弧的等效电阻小于EP（钨极接正）时电弧的等效电阻,而且随着电流的增大电弧等效电阻都减小,当从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小。对电弧等效电阻的形成机理进行了分析,指出电弧等效电阻与阴极区、弧柱区、阳极区在不同电流条件下的工作机理有关,着重分析了阴极区电子发射和阳离子发射的机理。针对从EP切换到EN时刻电弧等效电阻急剧减小引起的电流冲击问题,提出一种变参数PI控制结合超前控制降低切换极性时的电弧冲击电流的控制策略？结果表明,控制策略既保证了焊接电弧的稳定,又显著降低了切换极性过程中电流冲击的峰值。     

逆变交流弧焊电源输出变极性过程

设计的逆变交流孤焊电源输出变极性过程是极其快速变化的动态过程。测量这样的电流电压信号，用分流器变换电流信号，用无感电阻分压变换电压信号。设计了3个实验方案，相应地测量了变极性过程的电流电压波形。在比较分析的基础上，得出的结论是：逆变交流孤焊电源二次逆变正反极性控制驱动信号之间设置2μs死区时间最为合理。按照该方案控制，电源输出变极性过程时间为零，变极性之后输出电流电压值最大，有利于AC PMIG电孤变极性之后再引燃。     

Ce掺杂GdB6基阴极材料的制备及性能研究

以GdB6和CeB6粉末为原料,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了高致密的多元稀土六硼化物GdxCe1-xB6(x=0.0-1.0)多晶块体。系统研究了烧结温度对GdxCe1-xB6多晶块体的物相组成、力学性能、电阻率及热发射性能的影响。研究结果表明,在烧结温度为1550 ℃,烧结压强为50 MPa,保温5分钟的工艺条件下,可获得高致密的GdxCe1-xB6单相块体材料。烧结块体的维氏硬度可达24.02 GPa。热电子发射性能测试结果表明,适量的Gd掺杂可以显著提高电子发射性能,其中Gd0.1Ce0.9B6成分块体具有最佳的热发射性能,在1600 ℃,4 kV外加电压条件下,发射电流密度达到101.57 A?cm-2,零场电流密度达到21.94 A?cm-2,平均有效逸出功为2.34 eV,优于同一条件下GdB6和CeB6块体的热发射性能。     

La2O3-Mo热发射材料的研究

采用溶胶凝胶(Sol-Gel)和两步氢还原及烧结法成功制备了(2%～5%),质量分数,下同)La2O3-Mo阴极粉末和烧结体,借助于XRD,SEM等手段对材料成分及微观结构进行分析.结果显示在粉末和烧结体中稀土元素La以氧化物形式存在,La2O3粒子大小为100nm,弥散分布在烧结体基体中.热发射测试结果表明1400℃时,零场发射电流达到J0=6A/cm^2.暴露大气48h后,再经过1350℃激活,发射性能得到全面恢复.     

发展中的变极性焊接电源技术

变极性电源是一种用于铝合金焊接的新型焊接电源，其焊接电流频率和正负半波电流幅值，时间比可以分别独立调节，输出电源过零极快，因此电弧稳定性得到大大改善。在保证阴极清理作用的前提下，可以最大限度地减少钨极的烧损。目前主要应用于TIG焊和PAW焊中，和焊接铝及铝合金。随着电弧信息测控技术的不断进步，将加深对变极性焊接过程的认识，促进变极性焊接电源的发展和应用。     

单电源交流双钨极氩弧焊接铝合金工艺机理分析

以6061铝合金为研究对象,进行单电源交流双钨极氩弧焊接工艺试验.采用金相显微镜、CCD摄像头、电流检测系统对焊接接头的组织、电弧形态以及电流变化过程进行观察与检测分析.结果表明,大电流下双钨极可获得均匀美观的铝合金焊缝成形,但钨极串行优于钨极并行.电弧电流检测显示焊接过程中流经两个TIG焊枪的电流大小呈现非均匀分配形式,单电源单钨极电流密度沿着焊接方向呈现单峰分布而双钨极非单峰分布.在电弧作用区域双钨极耦合电弧的电流密度值要小于单钨极.另外双钨极能扩展耦合电弧的弧根,增加熔池受热面积,在保证焊缝成形的同时提高焊接效率.     

交流TIG焊接电弧两极能量的分布特征

通过发射光谱分析法和数学模型的应用,深入认识了交流TIG电弧EN,EP两个时段不同比例时对铝合金焊接工艺的影响以及电弧正负两极现象和能量分布特征.通过动态观测交流,TIG焊接电弧全周期内的发射谱线,运用stark展宽效应计算并获得了电子密度的时域特征;通过数学模型定量地分析了交流TIG焊接电弧正负两极不同的能量特征;通过分别观测EN,EP时段Ar,Al和O三种谱线的光谱特征,进一步认识了交流TIG电弧正负两极不同的发射机理和EP时段的阴极清理效果对焊缝成形尺寸的影响.结果表明,在交流TIG电弧中,口时段的增加有助于焊接工艺与焊缝成形的质量.

Abstract：

During AC TIG welding of aluminum alloy, the physical phenomena of welding arc plasma at electrode negative (EN) and electrode positive (EP) periods and the characteristic of energy distribution at anode and cathode were investigated by observing the spectrum and founding the mathematical models. Furthermore, cathodic cleaning effect increases with the percentage of electrode positive. The dependence of electron density on time in the whole cycle is obtained with the theory of spectral line Stark broaderring, and the characteristic of energy distribution is analyzed through the mathematical models. The mechanism of emitting eledtrous, cathodic cleaning and the quality of weld is better understood by observing the spectnan of argon, aluminum and oxygen respectively during EN and EP periods.     

Visual sensing of weld pool in variable polarity TIG welding of aluminium alloy

1 Introduction Real-time measuring of the size of welding pool is the precondition to weld shape control[1?4]. Among the researched sensing methods, the passive visual image sensing has been proved to be a feasible and promising method due to its abundan…     

交流TIG电弧粉末堆焊层成形特点的研究

为了降低TIG电孤堆焊时因直流正接造成堆焊金属稀释率过大的问题，尝试使用交流TIG电弧进行粉末堆焊，研究了堆焊层的成形特点。实验表明，与直流正接相比．使用相同电流值的交流TIG电弧进行粉末堆焊，获得的堆焊层熔宽更大．熔深和母材熔化量更小．因而具有更小的深宽比和稀释率。这一规律不随堆焊电流的大小和堆焊材料的不同而发生变化．     

碳化Mo—La2O3阴极丝高温光电子能谱分析

本文报道了Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）对新型热电子发射材料Ｍｏ－Ｌａ２Ｏ３（简称Ｍｏ－Ｌａ）阴极丝材高温状态下表面物质的分析过程。实验结果表明：随温度升高,Ｍｏ－Ｌａ阴极丝材表面Ｌａ２Ｏ３明显增多,半定量计算１３５０～１４５０℃时,表面Ｌａ２Ｏ３约为室温时的４倍;温度再升高,表面含量又减少,说明了Ｍｏ－Ｌａ阴极的激活和过激活过程,与实际装管试验结果相符。对不同温度下样品的Ｌａ３ｄ峰峰位和半高宽计算分析以及纯Ｌａ样品的谱峰分析结果显示,高温状态下Ｍｏ－Ｌａ阴极表面有可能分离出少的超额Ｌａ原子,对Ｍｏ－Ｌａ阴极发射机理研究具有直接指导意义。     

粒度调控对钨阴极表面发射微区的影响

为了在微米尺度探究未分级钨粉、分级钨粉制备钨基体在阴极热电子发射性能上的差异,深入了解阴极表面微区电子发射过程和阴极发射机理,本文采用新型深紫外激光发射电子显微镜/热发射电子显微镜系统（DUV-PEEM/TEEM）对两种钨粉制备的阴极表面进行了光电子、热电子成像分析。结果显示,与未分级钨粉相比,分级钨粉制备钨基体的显微组织更加均匀,且闭孔率由1.44%降至0.47%;光电子+热电子联合成像精确得出两种阴极的发射均主要集中于孔隙及孔隙中的活性物质上;通过热电子图像对比及分析,分级钨粉制备阴极的热电子发射微区面积更大、分布更均匀;且在1050℃工作条件下,分级钨粉制备阴极的脉冲电流密度为30.79A/cm2,发射斜率为1.38;综合分析显示其具备更理想的本征热电子发射能力和发射均匀性,这对于了解阴极发射性能及改善热阴极制备工艺有一定的指导作用。