脉冲磁场作用下GMAW电弧动态过程分析

针对熔化极气体保护焊短路过渡焊接过程不均匀、电弧稳定性差、飞溅较大且焊缝成形欠佳的缺点,建立了横向脉冲辅助磁场,使其作用于短路过渡焊接过程的熔滴短路时刻,根据短路过渡周期Tc及变异系数CV,优化了辅助磁场MIG/MAG焊接工艺参数.实验表明:当脉冲磁场持续时间ton取值为特定焊接参数下短路时间T1的统计平均值时,短路过渡周期趋于均匀,电弧短路过渡周期Tc及变异系数CV降低,短路过渡液桥加速断开,短路峰值焊接电流降低,从而使短路过渡末期能量积累以及电爆炸飞溅几率降低,并且使熔滴过渡过程稳定.     

低能量输入焊接法参数匹配对能量输入的影响

为了研究低能量输入焊接法参数匹配对能量输入的影响规律,通过对比传统短路过渡与推拉丝短路过渡的特点,分析了推拉丝短路过渡可以降低能量输入的原因．根据波形控制方案,采用自行研制的低能量输入焊接系统,通过试验找出了短路后期电流和燃弧脉冲峰值电流的匹配关系．试验结果表明,适当提高短路后期电流,降低燃弧脉冲峰值电流可以得到同样的焊接效果,能进一步降低焊接过程的能量输入．     

水蒸气保护下电弧堆焊工艺特点

通过分析不同焊接规范下的焊接电压和电流的波形,研究了水蒸气保护下电弧及熔滴过渡的特点,发现其电弧过程行为有“燃弧－熄弧－短路”两种形式,在焊丝直径和送丝速度一定的情况下,通过调节焊接回路中的电感量和电源电压,可以改变电弧的过程行为形式。若电弧过程呈“燃弧－熄弧－短路”交替进行,并且熄弧时间最短时,短路过渡频率最高,在这种情况下,飞溅小,焊道成型好,焊接过程稳定。     

弧压、电流对熔滴短路过渡频率的影响

对细丝CO2弧焊的熔滴过渡及其电弧行业进行了实验研究,分析了弧焊过程的稳定性和分散性,得到了主要焊接规范弧压,电流对熔滴短路过渡频率影响的统计规律和二维稳定域,由此规律得到的给定电流的弧压初选推荐值,可用于建立短路过渡过程自寻优控制的初始状态。     

焊接电参数的一种新型测试方法

为保证焊接过程的稳定性和焊接质量的可靠性,在焊接过程中对焊接电参数的监测十分必要.采用德国汉诺威大学"材料连接焊接工艺研究中心"开发的汉诺威焊接质量分析系统,对焊接过程电参数进行精确的统计分析,自动生成电弧电压、焊接电流概率密度分布曲线、电弧电压和焊接电流的波形图以及熔滴短路时间t1、电弧的燃弧时间t2、短路周期tC频数分布图,并且精确地得出相关数据.试验结果表明,汉诺威焊接质量分析系统能够对焊接工艺参数进行评估和优化,为科学评价焊接材料工艺性,提供了新的手段.     

弧焊短路过渡过程的随机性与稳定性

弧焊过程的稳定性直接影响焊缝成型和焊接质量 ,研究弧焊过程稳定性的目的是通过焊接实验获得焊接稳定性及其稳定区域的描述方法。在CO2 弧焊短路过渡过程焊接电流、弧压对特征参数影响的大量焊接试验的基础上 ,通过对焊接规范不变情形下特征参数的稳定性及其稳定区域的分析 ,得到了焊接稳定性的描述方法。研究表明在焊接规范相同且弧焊过程稳定的状态下 ,CO2 弧焊熔滴短路过渡过程的特征参数是随机而分散的 ,当焊接电流不变而弧压变化时特征参数存在离散稳定区域     

水蒸气保护焊短路过渡动态过程研究

在测定了水蒸气作为保护气体时的电弧物理特性参数的基础上,对水蒸气保护焊下短路过渡的动态过程进行了模拟,模拟结果与实验结果相吻合,随着电源电压与电感值的升高,短路过渡形式由燃弧－－熄弧－－短路－－燃弧,向燃弧－－短路－－燃弧过渡,研究了电源电压、电感和送丝速度等焊接参数对短路过渡动态过程的影响,把电弧过程呈燃弧－－熄弧－－短路－－燃弧交替进行,并且熄弧时间最短,短路频率最高作为研究目标,找出此条件下具体的电源电压与电感值及其关系,为制定焊接规范提供依据。     

基于Matlab的短路过渡动态行为建模与仿真

为了探讨CO2气体保护焊短路过渡过程全数字控制的规律,从熔滴过渡行为角度出发,深入分析了燃弧期间熔滴体积的变化和短路期间的液桥行为,建立了熔滴和液桥行为的数学模型,并对短路过渡的动态电压负载和弧长的动态变化过程进行了数学建模．然后利用Matlab／Simulink建立了全数字控制CO2气体保护焊短路过渡整体系统的仿真模型．仿真波形与试验结果基本一致,证明所建的系统仿真模型是正确的．该仿真研究可以应用于全数字控制CO2气体保护焊短路过渡数字控制规律和动态行为的研究．     

水下局部干式GMAW焊接的计算机辅助质量保证系统研究

局部干式焊接是海洋石油,核电等行业水下结构物维修的主要方法之一,其发展趋势是远程控制自动化作业.在创新的核电厂维修水下焊接试验装置的研发基础上,集成弧焊质量分析仪,建立了水下局部干式GMAW焊接计算机辅助焊接质量保证系统.系统对5 m水深304不锈钢脉冲MIG焊接电流和电弧电压波形进行采集和统计分析,获得了外观良好的焊缝.实验结果表明:水下焊接试验装置可以用来模拟30 m以内水深核电厂的远程控制维修,质量保证系统可以成功地用于水下焊接过程监控.     

基于净干伸长的MAG焊接数学模型与工艺参数控制

通过对MAG焊接过程的电路进行整体分析,提出了"电源—电缆—焊丝净干伸长—熔滴—电弧"系统模型,以净干伸长为变量,根据干伸长温度分布函数推导出净干伸长压降函数的同时,采用过渡熔滴时间权重长度及金属固液态体积转换方法,建立了连续多周期过渡的液态熔滴压降子模型,而后得到电弧电压与焊接电流、净干伸长及焊矩高度的数学函数模型,对参数控制进行了模拟;并与实际的焊接过程进行了有效比较与分析.     

磁脉冲焊接的数学模型

从飞板冲击的动力学方程出发,建立了磁脉冲焊接过程的动力学模型,推导了接触点产生射流的临界速度与被焊工件的密度、屈服强度、几何形状与装配间隙的关系,其中充电电压作为可调工艺参数.采用所建立的模型计算出焊接铝合金1050与镁合金AZ31、铝合金5A03和铝合金5A06所需的充电电压,成功实现了上述2种异种材料的磁脉冲焊接,验证了所建立模型的正确性.     

CO2气体保护焊控制系统及其实现

为了控制CO2气体保护焊过程中焊接电弧的稳定,提出了焊接电流和平均燃弧电压双闭环实时控制模式并进行了试验研究.在燃弧峰值和燃弧基值分离控制的基础上,研究了两者对电弧稳定性的影响规律,首次提出燃弧占空比的概念,并指出燃弧占空比是CO2气体保护焊过程中电弧稳定性的决定因素.该控制模式通过实时改变峰值电流持续时间调整燃弧占空比,实现了电弧电压的自动调整,保证了焊接过程的稳定性.     

CO2焊接参数一元化试验研究

研究了CO₂焊接电流与焊接电压之间的匹配关系，通过实验获得了焊接电流与焊接电压、焊接电流目标信号与焊接电压目标信号的数据关系，应用一元线形回归理论建立了焊接电流目标信号与焊接电压目标信号之间的一元线性回归方程.回归方程表明，CO₂焊接随焊丝直径增加，其焊接电流目标信号与焊接电压目标信号的一元线性回归系数增加，回归方程的常数项减小.在一元线性回归分析的基础上，应用硬件电路实现了CO₂焊接电流目标信号与焊接电压目标信号的一元化调节，并且具有焊接电压目标信号的微调功能.     

逆变弧焊电源动态仿真及实验研究

在半桥电路小信号模型的基础上,采用平均电流控制方式设计了逆变直流弧焊电源的双闭环控制系统,并确定了其电流控制器和电压控制器的增益及各零点、极点角频率;在Matlab/Simulink环境下,利用所设计的控制器,建立了半桥逆变直流弧焊电源双闭环控制系统的动态仿真模型,在大信号下对逆变弧焊电源的稳态及空载-短路、短路-负载和负载-短路的动特性进行了仿真和分析,根据仿真结果对主电路和控制系统参数进行了优化设计;在所研究样机上进行了一系列实验。所得实验波形与仿真波形基本吻合,验证了研究方法的合理性,为逆变弧焊电源的设计提供了一种有效途径。     

焊接飞溅与峰值电流关系的研究

本文根据可靠性理论,对焊接短路过程建立统计失效模型。借助该模型,对焊接飞溅与峰值电流关系进行推导,得到了反映飞溅率与峰值电流关系的理论表达式。由此表达式求得的计算值与试验值基本相符,这将为焊机动特性影响焊接飞溅的机理研究提供依据。     

变极性脉冲MIG焊熔滴过渡过程

为了研究变极性脉冲熔化极惰性气体保护焊在焊核薄板时焊丝的受热机理以及熔滴过渡时的电弧形态与受力过程,搭建了熔滴过渡过程与焊接电信号的同步采集实验平台,对应分析了焊接电流与熔滴长大及脱落过程,得到了电流波形与熔滴过渡状态的匹配关系.通过分析不同阶段熔滴受力状态及其对熔滴过渡的影响,得到了固定频率条件下各阶段的时间配比对熔滴过渡形态的影响.通过调节工艺参数实现了一脉一滴的熔滴过渡过程,得到了均匀稳定的焊缝.分析了熔滴脱落形态,研究了熔滴各特征尺寸.结果表明电信号不同波段持续时间对熔滴尺寸有明显影响.     

20钢管道对接埋弧自动焊接温度场模拟

管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响.本文采用有限元法,建立了20钢管道对接焊接接头有限元计算模型,通过设置一定的焊接电压、焊接速度以及热源有效利用率,对在不同焊接电流输入条件下的三维瞬态温度场进行了模拟.计算得到了焊接熔池不同位置的热循环曲线,同时还得到了热影响区的热循环曲线.通过改变焊接电流调试能量输入,最终获得最佳焊接电流选取范围为720~800A,对焊接工艺参数的选取起到导向作用.