双丝间距对激光-双电弧复合焊接过程稳定性的影响

采用多信息融合技术对激光-双电弧脉冲复合焊在不同双丝间距下的电流信号、电压信号、高速摄像信号进行同步采集,研究双丝间距对焊接过程的电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形的影响,并依据混沌理论和算法,从非线性角度对激光-双丝脉冲MIG焊接过程的电流信号进行了最大Lyapunov指数(LE)计算.结果表明,激光-双丝脉冲MIG焊接过程是一个混沌过程,由于激光光致等离子体和电弧等离子体的相互作用改变电弧的形态和熔滴受力状态,进而影响焊缝成形,在一定的焊接工艺参数下存在最佳双丝间距,在最佳双丝间距下,电弧稳定,焊缝成形良好,且此时最大LE值及其标准方差最小.     

双丝脉冲MIG焊脉冲频率变化时的熔滴过渡特征

从双丝焊电弧和熔滴过渡的特殊性入手,引出了脉冲喷射过渡.借助自主研发的电焊机双丝脉冲协调控制器以及高速摄像系统和电信号采集系统,获得了焊接过程中一系列电流波形和熔滴过渡的高速摄像图片,据此讨论了脉冲频率变化时,双丝脉冲MIG焊焊接过程中产生的一脉一滴、一脉多滴和多脉一滴的熔滴过渡特征.     

铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡及电信号分析

文中搭建了三丝双脉冲MIG焊系统,采用高速摄像电信号同步采集系统对焊接过程进行实时监测,研究了铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡行为以及双脉冲频率对焊缝成形的影响. 结果表明,弱脉冲向强脉冲过渡时,熔滴过渡表现为一脉一滴;强脉冲向弱脉冲过渡时,在开始阶段,焊丝发生再引燃,在结束阶段,熔滴过渡表现为两脉一滴;双脉冲频率增加,焊缝鱼鳞纹变密,双脉冲频率为3 Hz时,鱼鳞纹疏密均匀,焊缝成形最佳.     

脉冲电压峰值对双丝脉冲MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

建立了双丝M IG焊工艺试验研究平台,该试验平台主要由Tandem型双丝焊系统、信号采集系统、高速摄像(摄影)系统以及脉冲控制系统等部分组成.在此基础上研究了脉冲电压峰值对双丝脉冲M IG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响.结果表明,前丝脉冲峰值电压对熔滴过渡的影响比较显著.前丝脉冲峰值电压较低时,熔滴过渡形式为射滴过渡,前丝脉冲峰值电压较高时熔滴过渡形式为一脉一滴过渡形式,过大的前丝脉冲峰值电压的熔滴过渡形式为大滴过渡.前丝脉冲峰值电压越高,焊缝熔宽和熔深越大,过高的前丝脉冲峰值电压会导致焊缝表面质量恶化.     

双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法

为优化双丝脉冲MIG焊的焊缝成形质量,提出双丝脉冲MIG焊的双脉冲焊接方法,构建基于DSP的双丝脉冲MIG焊的双脉冲数字化交替相位协同控制系统,对双丝脉冲MIG焊的单脉冲和双脉冲焊接进行平板堆焊试验.结果表明,双丝脉冲MIG焊双脉冲焊接系统实现了稳定的双脉冲焊接过程,焊缝成形良好.对单脉冲和双脉冲焊接所得焊缝的横截面宏观金相对比分析结果表明,双脉冲对焊接熔池有很强的搅拌作用,双脉冲焊接所得焊缝晶粒比单脉冲焊缝晶粒更小,说明双脉冲具有细化晶粒的效果,证明在双丝脉冲MIG焊中应用双脉冲有一定的优化作用.     

高强Al—Cu合金双丝MIG焊工艺研究

研究了单丝脉冲MIG焊、低速和高速双丝脉冲MIG焊对高强Al-Cu合金焊缝组织及性能的影响.实验结果表明:低速双丝脉冲MIG焊焊缝组织以粗大的等轴枝晶为主,α(Al)-CuAl2共晶呈长条网状分布,降低了焊缝的强度、硬度和塑性;高速双丝脉冲MIG焊焊缝组织为细小的等轴枝晶,接头性能和单丝脉冲MIG焊相近,但高速双丝脉冲MIG焊焊接效率远高于单丝脉冲MIG,因此特别适合于厚板铝合金焊接.     

高强铝合金厚板双丝MIG焊工艺的初步研究

建立了高强铝合金双丝MIG焊熔滴过渡高速摄像系统以及焊接参数采集系统,获取了不同工艺规范下的脉冲熔滴过渡形式.实验表明一脉一滴工艺规范焊缝成形好,工艺过程稳定,应为首选过渡形式.确定了在一脉一滴情况下的焊接工艺规范参数区间,在此区间内可以实现稳定的一脉一滴熔滴过渡,为控制焊接热输入量及焊缝成形奠定了基础.     

机器人四丝共熔池脉冲MAG焊

设计开发基于DSP的四丝脉冲MAG焊控制器,构建机器人四丝脉冲MAG焊系统,并进行了机器人四丝脉冲MAG焊的焊接试验,对不同相位关系下的四丝脉冲MAG焊熔滴过渡行为进行了高速摄影分析。试验结果表明,该四丝脉冲MAG焊控制器性能可靠、稳定,可实现双丝、四丝的脉冲MAG焊接;基于四丝脉冲MAG焊控制器的机器人焊接系统,能够较大幅度提高焊接速度和熔敷率,提高焊接生产效率。对两种不同脉冲相位关系熔滴过渡的高速摄影图片的观察分析表明,交替和随机脉冲相位关系在多丝焊中可以较好地实现一脉一滴的熔滴过渡模式,且焊缝外观质量较好。     

低频相位对双丝双脉冲GMAW熔滴过渡和焊缝成形的影响

为了提高双丝双脉冲熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)的焊缝成形质量,探究低频相位对熔滴过渡和焊缝成形的影响,在高频同步的前提下分别对低频同步和交替模式进行了试验. 通过高速摄影拍摄了低频同步和交替模式的熔滴过渡过程,再结合焊接过程中电流变化,分析了熔滴过渡对熔池的影响机制. 结果表明,交替模式可以减少熔滴的碰撞融合,进而减少大体积熔滴对熔池的冲击,减少了飞溅. 交替模式比同步模式的焊缝平整性更好,余高方差更小,鱼鳞纹规则,焊缝成形美观.     

基于改进热源模型的铝合金MIG焊数值分析

采用CMOS高速摄像机检测和分析铝合金熔化极气体保护焊(MIG焊)熔滴过渡行为,确定MIG焊熔滴的过渡频率和速度.在理论分析MIG焊热源特性、热作用模式以及焊缝形貌前提下,从宏观焊接热过程出发,提出并开发了适用于MIG焊的组合体积热源分布模式,MIG焊电弧被处理描述为经典的双椭球体热源模型,熔滴能量作用模式被表示成均匀球体热源模型.同时,在均匀球体热源模型中加入了熔滴热能和动能,实现了熔滴对MIG焊熔池冲击作用的影响.基于上述热源模型,建立了铝合金MIG焊温度场有限元模型,对厚板铝合金MIG焊温度场进行了模拟.结果表明,模拟获取的焊缝熔合线走势及形貌和实际焊接结果相吻合,证明开发的热源模型能够准确描述MIG焊指状熔深特性和热传导过程.