激光增强高压干法水下MIG焊熔滴过渡控制试验

为验证激光对高压干法水下MIG焊电弧稳定性和熔滴过渡控制的影响,搭建了位于高压焊试验舱内的激光增强MIG焊接试验系统,并进行了不同环境压力下激光增强前后的电弧稳定性和熔滴过渡状态对比分析.结果表明,一定功率密度脉冲激光的辅助作用可以克服水下环境压力对熔滴过渡和焊接过程稳定性的负面影响,可以通过脉冲激光控制熔滴尺寸,并且实现熔滴过渡频率与脉冲激光频率保持一致,稳定了焊接电弧,从而提高水下MIG焊过程的稳定性.     

脉冲MIG焊熔滴过渡及电流波形控制

脉冲MIG焊是一种平均输入电流较低的焊接方法,能适合多种金属的全方位焊接,焊接效率较高,具有广阔的应用领域。文章分析了MIG焊熔滴过渡的类型,特点以及形成条件,介绍了多种控制熔滴过渡的焊接电流波形,搭建实验平台分别对碳钢和铝合金进行了后中值波电流焊接的实验,实验验证了后中值波是一种合适的焊接电流控制波形,焊接过程稳定,采集的实时电流与电压信号工整有规律,电弧声柔和,飞溅少,焊缝成形较好。     

等离子-MIG焊熔滴过渡的研究

为了分析等离子-MIG焊熔滴过渡过程中等离子弧和MIG弧对熔滴过渡形态的影响,利用示波器研究了等离子-MIG焊接铝合金时不同熔滴过渡形式的特征,包括电弧电压波形的变化及熔滴过渡临界电流的研究.研究结果表明:等离子-MIG焊的熔滴过渡形式以滴状过渡和射流过渡为主;滴状过渡到射流过渡的临界总电流约为280～300A;等离子-MIG焊中,MIG电流对熔滴过渡产生决定性影响;等离子-MIG焊与MIG焊比较,显著的降低了熔滴过渡向射流过渡转变的临界点.     

MIG焊不同熔滴过渡状态的电弧声响度分析

针对MIG焊不同熔滴过渡状态的识别问题,提出基于Moore响度模型的电弧声分析方法。首先对不同熔滴过渡状态下的电弧声信号及其功率谱密度进行分析,发现不同熔滴过渡形式的电弧声信号能量和频率分布各有不同。根据Moore响度模型能综合反映声波振幅大小、频率及时间特性的特点,建立了电弧声Moore响度模型,获得了不同熔滴过渡状态下的电弧声信号Moore响度曲线。结果表明,不同熔滴过渡状态的电弧声具有明显不同的响度特征,为MIG焊熔滴过渡稳定性实时检测提供了一种有效手段。     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

变极性脉冲MIG焊的控制

研究变极性脉冲MIC焊的主要目的是控制形成浅焯缝,高效焊接铝合金薄板变极性脉冲MIG蚌的控制系统由逆史控制系统和单片机控制系统构成。控制系统协调控制电弧极性、电弧稳定性、焊丝熔化及熔滴过渡、电弧电压等焊接参数,获得稳定的焊接过程。变极性脉冲MIG焊在电弧EP极性时,利用脉冲电流熔化焊丝、形成熔滴过渡,电弧EN极性时电弧沿焊丝端上爬,EN极性电孤促进焊丝熔化、减小电弧对熔池的加热作用,减小焊缝熔深,焊接薄板时其有独特优势。     

光谱信息智能控制脉冲焊熔滴过渡

脉冲MIG焊熔滴过渡精确控制是当今焊接界研究的热门课题,采用光谱信号作为熔滴过渡传感信号,利用16倍单处机采集和处理光谱信息,从而对脉冲焊熔滴过渡过程进行了实时控制,利用本文介绍了的脉冲MIG焊光谱控制策略及实际控制方案,保证了1个脉冲过渡1个熔滴的熔滴过渡精确控制的可靠实现。     

高气压环境下脉冲电流控制对熔滴过渡的影响

高压环境对焊接电弧和熔滴过渡有很大的负面作用,试验以脉冲MIG焊电流电压波形、U-I相图和熔滴过渡图为主要评价手段,分析了压力环境对脉冲MIG焊的影响规律,总结了脉冲峰值电流和脉冲基值电流的优化对焊接电弧和熔滴过渡稳定性的改善作用. 结果表明,压力环境使电弧燃烧激烈,熔滴过渡不稳定. 脉冲峰值电流的优化能有效提高高气压环境下焊接电弧和熔滴过渡的稳定性. 相比之下,脉冲基值电流的优化虽然对电弧燃烧的稳定性有积极作用,但是效果相对较小. 高压环境下脉冲电流的优化为焊接的稳定性提供有效的技术手段.     

等离子-MIG复合焊接熔滴过渡及电弧耦合特性研究

通过电信号采集系统和高速摄像采集系统对等离子-MIG复合焊接的电流信号、电压信号和熔滴过渡过程进行了同步采集,研究了等离子-MIG复合焊在不同焊接规范下最佳的熔滴过渡方式,对等离子电流对熔滴过渡的影响及复合焊接电弧耦合关系进行了分析。结果表明,等离子-MIG在不同焊接规范下均能实现良好的射滴过渡。在等离子-MIG复合焊接过程中,等离子电流对MIG焊的焊丝伸出长度和熔滴过渡有影响,随着等离子电流增加,MIG焊焊丝伸出长度逐渐缩短,直至由一脉一滴转化为一脉多滴;等离子弧与MIG弧相互耦合,MIG弧的加入使得等离子弧的电压升高,而等离子弧对MIG弧几乎没有影响。     

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.     

不同参数下MIG焊电弧光谱波动特点

熔化极惰性气体保护焊(MIG)过程中,熔滴过渡、弧长波动等会引起辐射的剧烈变化,其变化规律对于焊接质量检测具有重要意义.文中通过采集不同参数下的MIG焊电弧光谱分布,研究其在焊接过程中的变化规律;并结合该参数下熔滴过渡特征,基于电弧物理理论,对典型参数下光谱波动的规律进行物理解释.结果表明,不同参数下电弧光谱的分布和变化规律不同,具有各自的光谱分布特征;在MIG焊接过程中,由于熔滴过渡会造成光谱信息的规律波动,但在过渡的不同时间段,光谱信号在不同谱段(紫外区、可见光区、近红外区)的变化规律存在较大差异.     

不同熔滴过渡类型电弧声小波包频带能量特征提取

利用LabVIEW虚拟仪器设计了电弧声信号采集系统,并以MIG射滴过渡和射流过渡电弧声信号作为研究对象,采用小波包分解和重构电弧声信号,提取不同频带能量特征,构造识别射滴过渡和射流过渡的特征向量。研究表明:射滴过渡和射流过渡电弧声频谱主要集中在0~7 k Hz,射滴过渡电弧声能量在低频段(0~1.5 k Hz)有较高幅值,射流过渡在高频段(2~5 k Hz)有较高幅值,射滴过渡和射流过渡电弧声信号在S_(4,0)、S_(4,2)、S_(4,3)频带能量百分比差异明显,可作为识别射滴过渡和射流过渡的特征向量。     

焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择

焊接电弧光谱是一个丰富的信息源，电弧中各种变化都能在电弧光谱中得到体现，不同波段不同谱线的电弧光谱所包含的信息各不相同。熔滴过渡过程直接导致电弧空间粒子浓度和分布的变化，检测相应的电弧光谱就能检测喷射过渡电弧的熔滴过渡。文中介绍了熔化极电弧光谱分布特征，分析了窗口光谱辐射理论，提出了焊接电弧熔滴过渡特征光谱窗口的选择原则，并在此原则指导下选取了特征光谱窗口。对熔滴过渡过程进行检测和控制。试验证明，这种特征窗口光谱信息能够像光谱仪谱线信息一样很灵敏地反映熔滴喷射过渡过程，可以利用该信号进行熔滴过渡闭环精确控制。文中的熔滴过渡信息的检测和控制都取得了非常好的效果。     

不同窗口的电弧光谱信息与焊丝熔滴过渡

用光谱窗口替代光谱仪是实现熔滴过渡电弧光谱信息在线控制的基础。有两种不同的熔滴过渡光谱窗口选择方法：选取以焊丝金属谱线为主的窗口或选取以保护气体元素光谱为主的窗口，不同的光谱窗口所反映的信息不同。通过实际选取这两个窗口，获得了相应的电弧光谱信息，并对这些信息特征进行了分析。结果表明，以焊丝金属谱线为主的光谱窗口光谱信息能很好地反映熔滴过渡过程是因为焊丝金属元素在电弧中的浓度分布直接反映着熔滴过渡，以保护气体元素光谱为主的窗口对电弧中的熔滴过渡反应程度较差是因为保护气体元素粒子浓度只能间接地反映熔滴过渡。要检测电弧熔滴过渡应选择焊丝金属元素谱线密集的光谱波段。     

熔化极脉冲电弧焊熔滴过渡特征光谱信息及其应用

熔化极脉冲焊大大提高了焊接过程中线能量输入和熔滴过渡的可控性,成为焊接界研究的热点。目前,熔化极脉冲电弧焊正向着熔滴过渡精确化控制的方向发展,但如何获取脉冲焊熔滴过渡特征信息问题一直没有得到很好的解决,因而难以实现熔滴过渡闭环控制。本文在此方面进行了多方尝试,通过对采样到的电弧光进行信号降维,从而得到高信噪比的反映熔滴过渡特征的光谱信息。试验结果表明：这一信息较直接采样而得到的电弧光强信号具有更为普遍的工艺适应性,稳定可靠、可以利用它进行采样和控制,文章最后给出了以此对脉冲焊熔滴过渡进行精确控制的结果。     

基于高速CCD摄像的短路过渡焊接熔滴检测与分析

建立了基于高速CCD摄像的熔滴图像检测和焊接电流、电弧电压同步采集系统,在给出短路过渡模式下的熔滴尺寸定义并简述基于MATLAB平台的熔滴尺寸与电弧信号分析系统的基础上,对平特性电源短路过渡CO2焊接熔滴尺寸变化特征及其与工艺性能间的关系进行了试验研究.结果表明,熔滴尺寸呈分散性较大的正态分布(1～2倍焊丝直径),过大或过小的熔滴尺寸均不利于短路过渡焊接过程的稳定性.根据熔滴的形成和过渡过程,初步分析了影响熔滴尺寸的主要因素及控制熔滴尺寸的途径,即短路过程结束后焊丝端部的残余液态金属量和燃弧能量的随机性导致了熔滴尺寸的不确定性,对其进行有效控制将提高熔滴尺寸和短路过渡过程的一致性,进而改善短路过渡CO2焊接的工艺性能和焊接质量.     

脉冲TOPTIG焊熔滴过渡特性分析

TOPTIG焊是一种新型的机器人TIG填丝焊接工艺,具有不同于普通TIG填丝焊的熔滴过渡特性,文中通过搭建TOPTIG焊接试验平台,利用高速摄像和电信号采集系统,对在不同条件下的焊接过程进行高速摄像和电信号的同步采集,从而对TOPTIG焊的熔滴过渡特性进行了研究.结果表明,熔滴与熔池相接触时,由于电磁力的作用使得电弧发生偏转.熔滴过渡只能通过接触熔池的方式来实现,在过渡过程中,熔滴的重力和其与熔池之间的表面张力是促进过渡的主要作用力.电弧峰值电流和送丝速度存在一个合理的匹配区间,并且随着峰值电流的增大,匹配区间缩窄.     

MIG焊熔滴过渡的电弧光谱信号

获得熔滴过渡的信号是MIG焊熔滴过渡控制的关键,这已成为目前亟需解决的问题。文中介绍了以电弧光谱手段检测熔滴过渡的试验装置、原理和方法。通过试验测试及数据分析发现,通过熔化极电弧的光谱信号可以检测出MIG焊喷射过渡的过渡过程、过渡形式,测量过渡参数。信号幅度大,品质好;不同的过渡形式具有不同的典型信号模式;信号脉冲的形态与熔滴过渡的发展过程具有明确的对应关系。熔化极电弧光谱信号的诸特征可方便地应用于MIG焊熔滴过渡的过程控制、过渡形式的模式识别与稳定化以及过渡参数的测量。