气流再压缩等离子弧焊接电弧行为

电弧等离子体行为对焊接接头组织结构和性能具有决定性作用,开展气流再压缩等离子弧特性研究对于指导先进材料的气流再压缩等离子弧焊接工艺和提高焊接接头质量具有重要意义. 针对气流再压缩等离子弧焊接新工艺,基于流体动力学和电磁理论,建立气流再压缩等离子弧数值分析模型,采用ANYSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,定量计算等离子弧温度分布、流场分布、电势分布,分析压缩气对等离子弧温度场、流场、电弧电压的影响规律. 模拟结果表明,压缩气对喷嘴内的等离子弧温度分布基本没有影响,压缩气对喷嘴外的等离子弧具有拘束压缩作用;压缩气对等离子弧流场分布基本没有影响;压缩气能够提高电弧电压. 相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力有望提高.     

基于弧控制的等离子切割电源新型复合控制策略

根据非高频引弧技术在等离子切割电源中的应用,分析了等离子电弧的静态特性,推导出了等离子电弧数学模型,并结合电源在非高频引弧、弧转移及弧能量突变过程中的控制需求.提出了一种新型复合控制策略,该策略的内环是由前馈补偿的电弧电压与反馈电弧电压构成电压闭环复合控制,外环则以电流闭环对等离子弧柱能量进行控制,形成了一种前馈补偿双闭环复合控制方式,以满足电源在非高频引弧负载条件下对快速性和稳定性的控制需求.结果表明,文中所提控制策略不仅可以提高系统的快速性和鲁棒性,还具有优异的动态响应能力,电源的非线性适应能力强,有效的解决了等离子切割电源的控制需求.     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

Plasma-MIG复合电弧焊接特性分析

采用Plasma-MIG复合电弧对Q235低碳钢进行堆焊试验,对焊接过程中复合电弧形态、电弧空间分布、焊缝成形及细晶原理进行了分析.结果表明,Plasma-MIG复合电弧焊接过程中,外层等离子电弧单独存在,内层MIG电弧在焊丝端部与外层等离子弧耦合.复合电弧空间温度分布均匀,高温停留时间短,冷却速度快.Plasma-MIG复合电弧在大的等离子电流下,促进填充金属润湿铺展,焊缝熔宽大,成形美观.相同热输入量条件下,等离子电流增大能够促进晶粒自发形核,原奥氏体晶粒及焊缝组织得到细化.     

TIG-MIG复合焊电弧分析及计算模拟

采用高速摄像系统对TIG-MIG复合焊系统的起弧和稳弧过程进行观察。用帕邢定律分析在有MIG焊电弧提供的导电通道情况下TIG焊电弧击穿的路径,确定了双电弧复合焊时的起弧过程,并用Fluent软件对双电弧系统不同起弧路径下的工件温度场进行模拟。研究发现,当电极间距小于8.5 mm时,TIG焊在MIG焊引弧后,2个熔池可形成一共同熔池;而间距为10 mm时引弧后2个熔池形成"8"字形;间距为12 mm时,2个电弧中间有一低温区,呈分离态。根据模拟结果制备的焊接接头最大抗拉强度为518 MPa。     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

高气压环境等离子弧行为与工艺研究

等离子弧切割技术因其高效稳定的工艺优势被广泛应用于工业领域.文中以空气等离子弧为研究对象,通过COMSOL Multiphysics软件建立了喷嘴结构的二维轴对称有限元数学模型,并对电弧磁流体模型进行了优化.基于磁流体动力学和电弧等离子体理论,选用等离子平衡放电多物理场接口,并确立了空气等离子电弧模型的控制方程和边界条件,实现对电弧模型的编译求解.仿真结果表明,在引弧电流一致的条件下,随着环境压力的增加,电弧在温度分布和速度分布上均呈现收缩的态势.基于3 MPa高压焊接试验舱,搭建了高压环境等离子弧切割实验系统,通过对气路和非高频引弧电路的优化设计,实现了环境压力为0.1～0.7 MPa的稳定起弧.并基于此开展了高压梯度下的等离子弧切割实验,并结合切割质量指标研究了环境压力对等离子弧电离行为的影响.     

工艺参数对焊接等离子弧的影响

基于双区域近似电弧模型的理论,研究了工艺参数对喷嘴出口处转移型焊接等离子弧的影响,给出了喷嘴出口处等离子电弧的伏安特性曲线,以及在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下,电弧的弧柱半径及压力随焊接电流变化的曲线,并与试验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与试验测量值吻合良好。同时还分析了喷嘴直径、钨极内缩量以及离子气流速在相应的焊接电流下对等离子弧功率与电弧力的影响,并绘出曲线图。研究结果表明,对于中小电流规范下的转移型等离子弧焊接,采用双区域近似电弧模型来研究喷嘴出口处等离子弧的特性是可行的,该模型计算简便,可为得到高质量等离子弧焊接的设计及生产提供理论基础。     

水蒸气等离子弧的光谱诊断

借助自行研制的光谱诊断系统可以对水蒸气等离子弧温度和成分进行光谱诊断，以诊断结果为论据，并根据局部热力学平衡状态列出方程，进而探讨水蒸气等离子弧电弧机理与特性，通过对具有高氢高氧高焓特征的水蒸气等离子弧的研究，丰富了电弧物理理论，并对水蒸气等离子弧电弧的应用前景具有指导意义。     

空心阴极真空电弧焊接的引弧机理

空心阴极真空电弧焊接（Hollow Cathode Vacuum Arc Welding,HCVAW)技术是一项新型、独特的技术,在航空,航天等工业部门有着巨大的应用潜力,本文介绍了空心阴极真空电弧焊接技术的特点及其放电机理,讨论了低气压下空心阴极电弧放电与常规电弧和电的不同特点,根据电离气体中性化条件,初步探讨了在低气压下空心阴极电弧放电的引弧过程,分析了影响低气压下空心阴极电弧放电引弧电压的因素。     

Experimental determination of the weld penetration evolution in keyhole plasma arc welding

Keyhole plasma arc welding experiments are conducted to measure the weld geometry and penetration at different moments during the initial phase from igniting arc to quasi-steady state. Indirect information on keyhole formation and evolution in plasma arc welding can be extracted based on the weld macrophotograph at cross section. It has laid foundation to verify the mathematical models of keyhole plasma arc welding.     

高气压环境下脉冲MAG焊稳定性及其电弧电压补偿

统计分析了不同环境压力下脉冲MAG焊的电流电压波形和数据,探讨了其概率密度分布规律与高气压环境下焊接电弧稳定性的关系. 结果表明,随着环境压力增大,能量损失加剧,焊接过程越不稳定. 为了获得高气压环境稳定的焊接过程,采用提高电弧电压的方式来补偿电弧能量损失. 在0.3和0.5 MPa压力环境下,电弧电压分别提高3和5 V时,焊接过程可与常压环境相当. 提高电弧电压方式对高气压环境下焊接稳定性的提高具有显著的作用,该研究可为高气压环境下脉冲MAG焊参数优化匹配提供理论依据与试验基础.     

水下高压空气环境下GMAW电弧特性试验

采用高压试验舱模拟水下高压干式焊接环境,以压缩空气为气源进行加压,通过防燃爆试验验证在0.1~0.7 MPa范围内,在CO2和混合气(80%Ar+20%CO2)作为保护气源的情况下,可以进行正常的GMAW焊接过程.在此基础上,通过试验研究了高压空气环境下GMAW电弧特性,分别考察了环境压力、焊接电流、焊丝伸出长度和保护气种类及流量对焊接电弧特性的影响规律,并给出试验结果.借助最小二乘法对试验数据进行拟合,得出了高压空气环境下GMAW电弧电压的数学模型.     

Study on weld formation in a novel rotating arc horizontal GMAW

A novel rotating arc horizontal welding process was developed for solving the sagging of the molten pool which bottlenecks the application and the development of the horizontal welding. The principle of the effect of the rotating arc on the molten pool is that the rotating arc process not only can reduce the welding heat input by prolonging the welding path in the same welding distance caused by the arc rotation, but also disperse the arc force to affect the sidewall periodically to support the molten metal near the upper sidewall. The effects of the rotating speed and arc voltage on the weld formation were studied.The results indicate that there is an appropriate range of the rotating speed and the arc voltage to obtain the defect free horizontal welding.     

基于LabVIEW的焊接过程多信息分析平台

基于焊接多信息同步采集系统,采用LabVIEW图形化语言,以熔化极气保焊的焊接电流、电弧电压、电弧光谱为信号源,构建了包括电信号参数设置、电信号数据分析模块、光信号参数设置与自动选择、光信号数据分析的焊接过程多信息分析平台。可实时显示焊接电流波形、电弧电压波形、电弧辐射光谱等;系统还通过数据分析处理得到U-I相图、焊接电流和电弧电压概率密度、短路时间频次图、电弧辐射光强与波长对应图、计算焊接温度的玻尔兹曼图等,通过上述信息分析,检测电弧状态和信息,可用于焊接过程诊断和焊接电弧物理研究等。     

Effect of activating flux on arc shape and arc voltage in tungsten inert gas welding

The effects of activating fluxes on welding arc were investigated. A special set of water-cooling system and stainless steel were used as parent material. During welding process, high-speed camera system and oscillograph were used for capturing instantaneous arc shape and arc voltage respectively. The experimental results indicate that the SiO2 flux can increase the arc voltage, while TiO2 has no this effect on arc voltage. Compared with conventional tungsten inert gas welding （C-TIG）, it is found that the arc shape of A-TIG welding used with the SiO2 flux has changed obviously.     

高速CO_2焊电弧能量检测与分析

设计了焊接电弧动态参数的检测系统,对CO2焊短路过渡中的电弧电压及焊接电流进行实时采集,使用Matlab软件统计分析电弧能量。在不同焊接速度下,对CO2焊的各个过渡阶段的电弧特性进行分析,研究电弧能量与熔滴过渡稳定性之间的关系。试验结果表明,通过对短路过渡过程中各个不同阶段的输入能量的控制,可提高焊接过程的稳定性,实现CO2焊的高速化。     

一种基于亚射流的PMIG焊电弧电压控制方法

针对熔化极脉冲氩弧焊(PMIG焊)主要采用恒流控制和等速送丝的焊接方式,提出了一种基于亚射流的PMIG焊电弧电压控制方法;其控制原理是对每个脉冲周期的平均电弧电压进行检测,当平均电弧电压在亚射流区域内,则完全依靠其在亚射流区域内固有的自身调节能力进行调节,当平均电弧电压超出亚射流区域后,在其它焊接参数不变的条件下,通过改变基值时间来改变脉冲周期内的平均电流值,从而改变焊丝熔化速度,提高电弧调节能力和抗扰动能力.结果表明,采用该控制方法可以显著改善焊接电弧的动态响应特性,有效抑制电弧电压的扰动,焊缝成形均匀一致.     

Arc characteristics of twin-wire indirect arc gas shielded welding

Twin-wire indirect arc gas shielded welding is a novel welding method. By recording the arc shape and welding parameters, the effects of welding parameters and included angle on arc characteristics are discussed in this paper. The experimental results show increasing welding current can prompt centralized and straight of arc due to increasing plasma force and electric magnetic pinch effect. Increasing arc voltage can increase the size and brightness of the arc, as a result of increasing arc energy. The reducing of included angle increases the electric magnetic pinch effect, the arc becomes slender and supplies higher energy. It is thought the smaller included angle is beneficial to obtain perfect weld bead.