自保护药芯焊丝立向下焊接熔滴过渡观察与分析

采用高速摄像方法对自保护药芯焊丝的熔滴过渡进行了观察分析发现,自保护药芯焊丝立向下焊接时的熔滴过渡模式为短路过渡、弧桥并存过渡、爆炸过渡和颗粒过渡,弧桥并存过渡是其主要过渡形态.弧桥并存过渡形态包含弧桥并存爆炸过渡和弧桥并存表面张力过渡,前者的主要特征是桥的爆炸,后者则是液相桥和熔池接触,熔滴金属通过表面张力的作用进入熔池.随着电流增加,熔滴尺寸减小,过渡频率增大,弧桥并存过渡和爆炸过渡增加,短路过渡减少.     

基于视觉传感的超声-MIG焊熔滴行为分析

针对镀锌钢在焊接时对焊接参数难以精确控制,导致焊接接头质量较差,从而对镀锌钢超声-MIG焊接过程中的熔滴过渡机制进行深度研究。实验基于视觉传感器在不同的焊接电参数下,对比了超声-MIG与MIG焊接过程,通过图像处理技术提取熔滴的特征参数。结果表明：在焊接小功率参数下,熔滴过渡方式主要是短路过渡,超声此时会阻碍熔滴过渡,熔滴轮廓面积减少,距离熔池高度增加。当焊接功率增大时,在超声辅助作用下熔滴过渡方式主要是大滴过渡和射流过渡,熔滴的几何尺寸均减少,距离熔池高度减少,向熔池过渡频率增加。最后提出一种焊接过程中的熔滴计数算法,实验验证在1 000帧熔滴图像时间内,熔滴过渡周期最高可达37次,保证焊接过程中质量的稳定性,加速了焊接智能化发展。     

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.     

VP PMIG焊接电弧及熔滴过渡控制

针对熔滴过渡难以控制的问题,基于高速摄像技术研究了VP PMIG焊接电弧及熔滴过渡现象.研究过程显示,控制好VP PMIG焊接过程,选择合适的焊接参数,可形成稳定的电弧和熔滴过渡现象;电弧EN极性时电弧上爬,阴极斑点包围焊丝端而呈现亮区;控制EN极性的电流及时间,可形成合适的对焊丝的熔化作用,但是不形成熔滴过渡现象,因为EN极性期间电弧力不利于熔滴过渡.研究结果表明：EN极性与EP极性电流变换过程有利于降低电弧等离子流力及电弧对焊接熔池的作用力;控制电弧EP极性脉冲电流可形成稳定的一周一脉一滴的熔滴过渡过程     

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。     

熔滴过渡光谱传感器原理及测控效果

为实现熔化极脉冲焊熔滴过渡的精确控制,研制了电弧熔滴过渡光谱传感器,并设计了多信息同步的高速摄像装置,对电弧熔滴过渡光谱传感器的传感灵敏性和控制的可靠性进行检测和验证,证实了电弧光谱对熔滴过渡检测的准确性及光谱信号实时控制熔滴过渡的可靠性,实现了1脉1滴和1脉2滴的熔滴过渡脉冲焊接过程.     

一种改进的熔滴过渡控制方法研究

通过分析熔滴过渡控制过程中的脉冲峰值、基值时间、占空比等脉冲参数,针对基值时间对熔滴分离的影响,提出了一种改进的熔滴过渡控制方法,通过改变基值时间,在触发脉冲前取得统一的金属丝熔化长度,从而得到统一的熔滴尺寸.利用simulink程序对工业生产中常用的方法和改进的方法进行了仿真测试,仿真结果表明,改进的方法能达到一脉一滴的效果,并能减少能量消耗.     

外加纵向低频磁场对CO_2焊过渡频率的影响

为了减少CO2焊飞溅,采用了外加磁场发生装置研究了磁控CO2气体保护焊技术,探讨了外加纵向低频磁场对熔滴过渡频率的作用机理,通过分析试验数据,明确了所需的外加纵向低频磁场参数,并探索熔滴在外加磁场作用下的受力情况.结果表明,一定的外加纵向磁场参数下,熔滴过渡频率显著提高,CO2焊飞溅降低;当激磁电流为2 A、磁场频率为60 Hz时,熔滴过渡频率高,飞溅率低,电弧形态稳定.因此,可以通过外加纵向低频磁场来提高熔滴过渡频率并降低飞溅.     

基于人工神经元网络的MAG焊熔滴过渡模型

采用新型的脉动送丝机构是解决恒定直流ＭＡＧ焊稳定射滴过渡的有效途径,应用该机构采用人工神经元网络建立了熔滴过渡模型。应用该模型计算获得的熔滴尺寸与实际情况吻合,模型的准确性得到了很好的验证。     

外加纵向磁场对CO_2焊接短路液桥的影响

为了减少CO_2焊接飞溅,利用高速摄像装置拍摄外加纵向磁场作用下CO_2焊熔滴过渡过程,对液桥形成段、液桥缩颈段进行了研究.结果表明,当施加低频磁场时,随着磁场频率的增加,熔滴半径随之增大并在磁场频率为60 Hz时达到最大值,此时球状熔滴的体积最大;随着磁场频率的增加,液桥形成段缩短,促进了短路初期的熔滴过渡过程.当施加高频磁场时,液桥缩颈段赤道面的最小半径减小,促进了短路末期的熔滴过渡过程.外加纵向磁场可以有效促进熔滴的短路过渡过程,从而减小CO_2焊接飞溅.     

弧压式脉冲MIG焊电源微机控制系统的研究

研制的脉冲ＭＩＧ焊弧压控制法单片机控制系统，通过波形补偿方法，可获得稳定的一个脉冲过渡一个熔滴的焊接过程。系统采用积分分离式变参数ＰＩＤ调节器，在焊接电流调节范围内，具有良好的响应速度和调节性能。低碳钢和铝合金的工艺试验结果表明，焊接过程十分稳定，几乎无飞溅，焊缝成形美观。该脉冲ＭＩＧ焊的弧压控制法具有广泛的应用前景。     

工艺参数对堆焊熔敷成形极限倾角的影响规律

为了研究堆焊熔敷成形的极限倾角及送丝速度和堆焊速度对其的影响规律,采用MIG堆焊熔敷工艺进行单道多层成形试验,从焊缝形状变化及熔滴过渡方式的角度研究分析了成形极限倾角与工艺参数之间的关系.结果表明：极限倾角的大小主要由堆焊电流的大小决定并与成形焊缝形状有关,工艺参数对极限倾角的影响主要是通过改变堆焊电流、进而改变熔滴悬空部分所受力的平衡来实现的;在沿焊道方向上成形极限倾角为45°,且不受送丝速度和堆焊速度变化的影响.在垂直于焊道方向上,极限倾角随送丝速度的增大总体上呈减小趋势,随堆焊速度的增大呈先增大后减小趋势,当堆焊速度在18~21 mm/s时有最大值50°     

基于Simulink的GMAW短路过渡焊接回路系统的仿真

研究熔滴过渡情况对熔化极气体保护电弧焊(GMAW)焊缝成形以及冶金过程有重要意义.基于Simulink建立了GMAW短路过渡焊接回路系统模型,对动态焊接电流、焊接电压进行仿真,并分析了不同工艺参数时焊接电流、焊接电压的变化.该模型的建立可用于研究短路过渡的稳定性、焊接质量的提高和冶金过程的改善.     

熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

Study on Relationship Between Arc Behavior and Joint Forming in Cold Metal Transfer Welding Technology with Polarity-Exchanging

变极性冷金属过渡焊接技术电弧行为与接头成形关系研究

韩立军, 林鹏宇, 张更伟, 钟丽慧，刘昌华

（一汽-大众汽车有限公司，长春 130011）

创新点说明：

1）首次系统分析了变极性CMT的原理和焊接参数变化规律；

2）对变极性CMT焊接电弧微观行为进行了对比分析；

3）对变极性CMT铝合金的焊接性做了相应的分析，如通过极性变化而发生的阴极雾化作用对接头性能影响等等。

关键词: MIG; 冷金属过渡; 变极性; 电弧行为; 接头成型系数