DE-GMAW高速电弧焊工艺机理的研究

通过大量的工艺实验,找出了DE-GMAW双焊枪组合的匹配参数,测试了焊接电流波形,拍摄了熔滴过渡图像,并获得了无成型缺陷的焊缝照片.基于实验结果解释了高速焊接工艺的机理.建立了适用于DE-GMAW焊接工艺的有限元模型,并对该工艺条件下的温度场、应力-应变场进行了数值模拟.结果表明:计算出的DE-GMAW焊缝横断面形状尺寸与实验结果吻合良好;在通过焊丝的总电流相同时,DE-GMAW焊接时焊缝尺寸、热影响区宽度、应力、应变及变形均小于常规GMAW焊时的结果.这为DE-GMAW焊接工艺参数优化提供了基础数据.     

核电厂水下TIG焊炬设计及焊接工艺研究

针对核电厂水下定位销的更换及安装，为了得到高质高效的自动化焊接方法，通过自行设计的局部干法水下TIG焊枪在水中对控氮不锈钢管板结构进行焊接。首先对局部干法水下TIG焊炬进行结构设计，并采用ANSYS进行焊炬的流体仿真模拟，优化进气口位置、进气方式等并验证其排水效果，研究了焊接工艺参数对水下TIG焊缝成形的影响规律，并对水下TIG焊接焊缝的力学性能进行了测试。结果表明，经过优化，此焊炬在水下焊接时通气3 s后便可得到稳定的局部干燥空间，避免了水环境对焊接过程的干扰。使用此焊枪可以在水下得到均匀连续的焊缝，且焊缝横截面参数随焊接工艺参数变化的规律与陆上焊接相同，但是熔深和熔宽均比陆上焊接的小；同时发现水下焊缝的熔深、熔宽的变化可能是由于水下冷却速度快和低温环境对电弧的热压缩交替作用引起的；焊缝的力学性能与焊接电流成正比，与焊接速度成反比。水下TIG焊接焊缝的力学性能与陆上焊接得到的焊缝相当，甚至略高。     

基于Fluent的窄间隙TIG焊枪结构优化设计

针对大型工程项目当中的大口径、大厚壁、深窄间隙坡口的管道对接需求,设计了一款窄间隙TIG(NG-TIG)焊枪,并实现高效率焊接。该枪体为非对称的一体化扁平式结构,在间隙宽度为10 mm、深度15 mm的U形坡口内进行焊接试验,发现在窄间隙焊接过程中出现了焊缝成形不连续、焊缝出现气孔及电弧不稳等问题。为了达到理想的焊接工艺效果,文中通过Fluent软件进行了数值模拟仿真分析,对窄间隙TIG焊枪的保护气输送通道及其出口布局进行了结构优化,并且在与传统TIG焊枪的保护气体流量及运动轨迹等方面进行对比后,发现保护气体在钨极周围均匀向外扩散,且速度与传统TIG焊枪的气体保护状态接近,从而确定了窄间隙TIG焊枪的气体保护结构。结果表明,焊枪在焊接电流为120 A,焊接速度为100 mm/min,气体流量在25 L/min的焊接工艺参数下电弧稳定、无飞溅,焊缝成形美观无缺陷。创新点： (1)通过Fluent软件对传统TIG焊枪的保护气体状态进行了仿真,并作为参照对窄间隙TIG焊枪的送气结构进行了优化设计。(2)窄间隙TIG焊枪既继承了传统TIG的优势,又解决了窄间隙焊接过程中电弧不稳、焊缝出现气孔等常见的问题。(3)通过非填丝和填丝,在坡口内和管壁盖面2种工况下进行了焊接试验,确定了窄间隙TIG焊枪的良好适用性。     

钽薄板TIG点焊熔池的计算

为了研究钽薄板TIG焊过程中熔池的变化规律,采用高速摄像系统精确测定了钽TIG焊熔池动态尺寸的变化。针对钽薄板TIG焊接的特点．基于有限元分析软件ANSYS,对钽薄板TIG焊接的温度场进行三维数值动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内。建模时结合实体单元和表面单元,并采用焊缝处细密远离焊缝处粗略的不均匀网格;计算了主要工艺参数对熔池的影响及焊后焊缝区温度场变化规律。计算结果表明：熔池的尺寸随焊接时间和焊接电流的变化较为明显,焊后焊缝区降温速度随时间的延长而表现不同的趋势。     

铝合金薄壁箱体焊接应力有限元模拟

利用有限元分析软件Ansys对铝合金薄壁箱体TIG焊接温度场、应力场进行数值模拟.在仿真过程中合理的运用了焊接顺序、Newton-Raphson方法.模拟结果显示,熔化区和远离焊缝区温度变化明显不同,并且通过改变焊接顺序有效地降低了熔化区、热影响区残余应力,避免了热影响区裂纹的出现,这为有限元软件对焊接参数的优化提供可靠的理论依据.     

铝合金TIG焊接熔池状态多传感器数据协同感知算法

针对铝合金钨极惰性气体保护电弧焊(tungsten inert gas arc welding,TIG焊)过程中,焊接工艺参数的实时状态与焊缝熔池三维尺寸间的非线性对应关系,研究建立一种基于信息物理融合的多传感器TIG焊过程熔池状态协同感知计算方法. 首先,构建由红外温度传感器、电弧形态传感器、电弧能量传感器和焊接位置传感器组成的TIG焊过程熔池状态信息物理融合系统架构. 其次,考虑焊接过程中焊枪电弧的运动特性和测量噪声影响,设计基于温度、位置、能量传感器信息交互的熔池长宽深三维参数状态感知策略,并基于多传感器数据的异步和异构特性,提出了基于无迹卡尔曼滤波的焊接过程中熔池状态的多传感器数据协同感知算法. 针对7075超硬铝合金TIG焊过程进行熔池参数在线测量与辨识试验,结果表明,所提算法能够根据TIG焊过程多传感器数据实时计算熔池参数结果,焊缝宽度和焊缝高度计算结果误差基本上控制在10%以内,该算法响应时间基本控制在0.3 s内,能够较为准确地评估焊接过程中熔池的实时状态.     

双TIG活性电弧焊接工艺

提出双TIG活性电弧焊接方法,采用2支TIG焊枪前后排布,前置焊枪的焊接电流小于后置焊枪,且在前置焊枪保护气中混入少量O2,使电弧具有活性。对5 mm厚SUS304奥氏体不锈钢板进行焊接工艺试验。结果表明,与相同条件下的TIG焊接相比,双TIG活性电弧焊接焊缝熔深明显增加,焊缝表面成形良好;随着O2流量的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽先减小后增加;在保持总电流不变的情形下,随着后置焊枪电流增加(前置焊枪电流减小),焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽持续增加;随着弧长的增加,焊缝熔深先增加后减小,焊缝熔宽逐渐增加;当钨极间距从3 mm开始增加时,焊缝熔深逐渐减小,熔宽逐渐增加;而随着焊接速度的增加,焊缝熔深和熔宽都减小。O的混入对焊缝组织无明显影响。相比母材而言,焊缝冲击韧性有所下降。该方法能在高于普通TIG焊接速度的条件下实现深熔焊接。 创新点： 提出双TIG活性电弧焊接,2支独立的焊枪在焊接方向的平面内前后排布,前置焊枪焊接电流小于后置焊枪,前置焊枪采用Ar+O2作为保护气体,后置焊枪采用纯Ar作为保护气体,从而使电弧具有活性;在高于传统TIG的焊接速度下,焊缝熔深明显增加,可实现5 mm 厚的不锈钢板完全焊透。 高速焊接时能消除驼峰和咬边等缺陷,明显提高焊接生产率。     

阀门球芯316L不锈钢小空间TIG焊接工艺

采用填丝的TIG焊接方法对不锈钢球芯流道口进行小空间全位置自动焊接。通过设计可进行小空间作业的TIG焊枪,配合送丝机气保托罩紫铜散热夹与小车行走装置,搭建自动化焊接平台。在阀门球芯的小空间内多重氩气保护下,开展不锈钢球芯流道口V形焊缝的焊接。焊前清理焊缝及周围区域的杂质油污,焊接时使用高纯氩进行严格的惰性气氛保护,获得各项性能均符合技术要求的焊缝。焊后对焊缝区域进行微观组织和力学性能的测试评定,分析缺陷的产生及原因,并改善焊接工艺参数。测试焊缝、热影响区附近及母材位置的硬度,绘制相应的工艺曲线,获得最佳的工艺参数组合。     

外加磁场对LF21铝合金TIG焊焊缝组织的影响

针对LF21铝合金TIG焊接易产生气孔和热裂纹等特点,引入与焊枪同轴的直流外加纵向磁场对LF21铝合金TIG焊接过程进行控制。以外加恒定直流纵向磁场TIG焊为研究对象,通过采用金相分析和硬度分析的方法,研究了纵向磁场TIG焊接LF21铝合金焊缝组织发生变化的规律和原因。结果表明:在适当的磁场强度作用下,焊缝宏观形貌成形美观;焊缝组织获得最佳的细化效果;焊缝中心硬度值大于无磁场强度时的硬度值,并接近于母材硬度值。     

悬空特征结构件电弧增材制造成形及算法优化

将增材制造技术与弧焊机器人相结合,针对具有悬空特征预制件增材制造焊接工艺进行研究. 首先针对预制件成形尺寸预测进行算法优化,实现对成形高度及宽度预测;针对悬空焊缝下淌现象,研究焊枪倾斜角度对焊缝成形影响,确定最优焊枪倾斜角度范围,并设计试验对成形方法进行验证,有效改善悬空焊缝表面成形质量,然后在此基础上提出焊枪倾斜角度预测算法,实现对悬空焊过程中焊枪倾斜角度的预测. 最后焊制具有悬空特征预制件验证预测算法及成形方法的准确性. 结果表明,预制件表面成形质量较好,成形尺寸误差小于1 mm.     

镀锌板单旁路耦合电弧GMAW高速焊接方法

为了解决镀锌板上锌层易受热烧损,无法使用大电流MIG焊接方法进行高速焊接的问题,采用了一种低热输入高效率的焊接方法——单旁路耦合电弧GMAW(DE-GMAW)用于镀锌板的焊接。搭建了该焊接方法的试验平台,对镀锌板堆焊和搭接接头的高速焊接方法进行试验研究。结果表明,通过调整旁路电流值,单旁路耦合电弧GMAW方法降低了镀锌板上的焊接热输入,并可以在大电流和高焊速的条件下实现镀锌板堆焊和搭接接头的焊接,所得焊缝成形良好,母材变形小,焊接过程稳定无飞溅。焊后镀锌层的烧损与同等热输入条件下的普通MIG焊相比明显降低,保证了镀锌板焊后的耐腐蚀性能。     

旁路耦合微束等离子弧热特性及焊缝成形特点

针对传统微束等离子弧焊中焊丝熔敷率与焊接电流不能解耦的局限,提出旁路耦合微束等离子弧焊方法.通过给外填焊丝添加一电流,使焊丝与焊枪钨极间产生一个旁路电弧,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的解耦,确保熔化母材电流稳定的同时提高填充焊丝的熔化速度.对旁路耦合微束等离子弧焊的熔敷率、母材热输入及焊缝成形质量进行试验研究.结果表明,该方法既保持了传统微束等离子弧焊的优点,又在提高焊丝熔敷率的同时降低母材的热输入;并在其它焊接参数保持不变时,随旁路电流的增加,焊缝的熔宽、熔深和稀释率减小,余高和成形系数增大.     

Ti / Al TIG微熔钎焊界面行为及接头断裂行为

以TIG电弧为热源,AlSi5焊丝为填充材料,采用SEM、EDS、XRD对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金和AlMg6铝合金异种材料TIG微熔钎焊的接头、温度场以及断裂行为进行了研究。试验表明:焊接接头铝母材侧具备TIG填丝熔化焊特征,Ti母材处为钎焊特征。峰值温度的升高能够增加界面层厚度,峰值温度升高,界面层组织趋于复杂。降低高温停留时间能够减小界面层厚度,但随着峰值温度增加,过快的冷却速度会产生较大的内应力,形成贯穿界面的裂纹。钛/铝TIG微熔钎焊的断裂,铝侧发生的断裂是韧性+脆性的混合型断裂,气孔及微裂纹为断裂起源。钛合金的母材过量溶解或者熔化,会导致气孔直径增加,应严格控制热输入量及钛母材的熔化。     

嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊

采用嵌入式系统控制双丝旁路耦合电弧MIG焊进行了控制试验,开环状态焊接,主路电弧和旁路电弧的相互影响,旁路弧长不稳定,旁路电流会发生剧烈跳变,使焊接过程不稳定,存在焊接缺陷,焊缝成形差.基于弧压反馈的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可以实时反馈旁路弧压,调整旁路送丝速度,控制旁路弧长稳定,确保焊接过程稳定;基于电流控制的过程稳定性试验表明,嵌入式系统可实时反馈旁路电流,判断电流变化趋势,对旁路电流进行适时调整,保证母材电流稳定.采用嵌入式控制系统同时控制旁路送丝和旁路电流,可保证焊接过程稳定进行,避免产生焊接缺陷,焊缝成形良好.     

Implementation of high speed arc welding with DE-GMAW

Modern manufacturing industry demands low cost and high efficient welding processes to remain competitiveness in the time of globalization. In this study, conventional gas metal arc welding (GMAW) was modified, a double-electrode GMAW (DE-GMAW) system is developed and DE-GMAW process is implemented through optimization of the design and process parameters and suitable selection of igniting sequence of double arcs. High speed welding tests were carried out to examine the effects of different factors on occurrence of weld formation defects. Through observing the weld bead appearance in DE-GMAW, the values of critical welding speed were determined under different levels of welding current and welding speed.     

电弧辅助活性TIG焊接法

提出了电弧辅助活性TIG焊(arc assisted activating TIG welding,简称AA-TIG焊)的概念,并以SUS304不锈钢作为母材,研究了AA-TIG焊接法的主要工艺参数对焊缝熔深熔宽的影响。结果表明,在相同的焊接工艺参数下,与传统TIG焊相比,AA-TIG焊缝熔深能增加一倍以上,同时熔宽明显收缩。采用AA-TIG焊可不开坡口一次焊透8mm厚不锈钢板,焊接效率明显提高。辅助电弧工艺参数和正常TIG焊工艺参数都对AA-TIG焊焊缝熔深熔宽有一定影响。     

A study on consumable aided tungsten indirect arc welding

A consumable aided tungsten indirect arc welding method has been studied. This method is different from the traditional TIG welding because it introduces an MIG welding torch into the traditional TIG welding system. An indirect arc is generated between the consumable electrode of the MIG welding torch and the tungsten electrode of the TIG welding torch, but not generated between the tungsten electrode of the welding torch and the base metal. Welding current flows from the consumable electrode to the tungsten electrode in the free-burning indirect arc. The consumable aided tungsten indirect arc welding not only rapidly melts the welding wire but also effectively restrains the excessive fusion of the base metal. The welding experiment and the theoretical analysis confirm that this method can obtain a high deposition rate and a low dilution ratio during the welding process.     

Numerical analysis of heat transfer process for double sided tungsten inert gas – metal inert gas weld pool

Abstract

Double sided arc welding is a new type of technology developed in recent years. Many experiments show that this technology has great advantages over single arc welding for the joining of intermediate thickness stainless steel and aluminium alloy base metals. In the present work, a three-dimensional transient numerical model is created to reveal the heat transfer process for a double sided tungsten inert gas (TIG) - metal inert gas (MIG) weld pool from the viewpoint of heat transfer literature and hydrodynamics. Considering of the features of the model, effective calculation software using finite element technology is adopted. The temperature fields in the weld pool for double sided TIG - MIG welding are successfully calculated; in addition, the configuration of the weld pool is also calculated.Comparisons show that thecalculatedresults agree approximately with the experimentally measured results. STWJ/310     

Microstructure and Mechanical Properties for TIG Welding Joint of High Boron Fe-Ti-B Alloy

采用钨极气体保护焊,以基体金属作为焊接填料,可以成功实现对高硼Fe-Ti-B合金的焊接。对焊件的微观结构进行了分析,研究表明,高硼Fe-Ti-B合金的焊接质量良好,焊接接头处不存在裂纹、未熔合、未焊透等缺陷;熔合区和热影响区的微观结构与基体明显不同,但能谱分析表明其化学成分非常均匀。对焊件进行了力学性能测试。测试结果表明,相对于基体材料,焊件的屈服强度略有升高,但抗拉强度降低。尽管如此,焊后高硼Fe-Ti-B合金的抗拉强度高于580 MPa,屈服强度高于400 MPa,焊件的力学性能已达到一个较高的水平。