等离子弧焊中小孔检测的研究

在小孔等离子弧熔透焊接中，利用等离子云电压能够检测小孔的成形。本文首次应用等离子鞘层理论，指出尾焰电压和等离子云电压的本质特点，提出计算尾焰电压和等离子云电压公式。为用简单方法检测小孔成形奠定了基础。     

等离子弧焊小孔行为的反翘电压检测

在穿孔等离子弧焊接过程中,小孔稳定性对焊接过程的稳定和优质的焊缝成形是非常关键的。文中采用无源探针对由等离子弧梯度电压和等离子鞘层电压构成的等离子反翘(等离子云)电压进行检测。根据等离子鞘层理论,随等离子反翘长度和角度变化的反翘电压可以反映小孔的状态信息及其形成、坍塌过程。文中讨论了检测信号的特征,以及材料、探针位置、焊接电流,等离子气流等因素对检测信号的影响。试验证明,该方法可以有效的预测小孔信息和焊缝熔透情况。     

小孔等离子弧焊接中小孔状态的传感技术研究

小孔等离子弧焊接是一种高能量密度的高效焊接方法。小孔的稳定性是影响小孔型等离子弧焊接过程稳定性和接头质量的重要因素。在焊接过程中及时获取表征熔池小孔特征行为的信息．就成为等离子弧焊接研究的前沿课题。介绍了小孔等离子弧焊接中小孔状态的传感检测原理，指出利用声音信号、电弧孤光强度、尾焰电压、熔池图像信号、多传感信息融合和等离子云导电性都能在一定条件下实现小孔状态的检测．并分析了这些传感方法的特点。     

脉冲等离子弧焊穿孔熔池的等离子云传感

在探针法检测等离子云理论基础上,研制了实用化的多探针等离子云传感器,并利用尾焰传感器对比检验了所设计传感器的可靠性和检测精度.将等离子云传感器应用于脉冲等离子弧焊穿孔熔池小孔状态检测,并对检测信号的波形特征做了深入研究.分析表明,等离子云检测信号中负脉冲信号可以作为脉冲等离子弧焊穿孔熔池的状态变化的特征判据,负脉冲信号的频率则可以作为脉冲焊接是否保持"一脉一孔"焊接的特征判据.等离子云电压信号可以很好的反映穿孔熔池的状态.     

利用等离子体反翘控制穿孔等离子弧焊中小孔的稳定性

利用高速摄影照片试验研究了等离子弧焊接时小孔形成过程中等离子体反翘的变化情况,以及小孔尺寸与等离子体反翘之间的关系.结果表明,等离子体反翘随着小孔的形成而不断变强,喷射角不断变大;随小孔尺寸的增大,等离子体反翘逐渐变弱,喷射角逐渐减小.通过分析等离子体反翘与小孔尺寸的关系,根据等离子体反翘导电特性设计了一种简单适用的探针法检测小孔状态的电路,可以检测出小孔的不同状态.提出了一种新的穿孔等离子弧焊中小孔稳定性的控制思想.     

焊接工艺——熔焊

无飞溅的薄板焊接；等离子弧焊接小孔形状尺寸的分析；小孔等离子弧焊接焊缝熔深演化过程的试验测定；熔剂下无接触燃弧的最佳参数；干扰因素下药芯焊丝CO2焊焊接过程特征电信号的提取与分析;     

等离子云信号检测与影响因素分析

在等离子弧焊接中采用无电源探针法可以检测等离子云，判断焊接小孔是否形成。根据等离子体鞘层理论，伸入等离子云中的探针表面将产生一负电位，称其为鞘层电压。采用探针检测等离子弧焊接中的等离子云，其检测信号与鞘层电压密切相关。由于鞘层电压大小与探针检测处等离子体温度和成分有关，因此，在检测过程中，探针位置、焊接速度和焊接电流等影响等离子云温度的因素是影响检测电压大小的主要原因。试验证明，同样的焊接条件，探针位置不同，检测信号差别很大，甚至可能检测不到等离子云的信号。不同的焊接工艺参数，对应有不同的最佳探针位置，在最佳探针检测位置可以获得最大的检测电压值。     

PAW+TIG电弧双面焊接小孔形成过程的数值模拟

综合考虑影响等离子弧小孔形成的等离子流力、重力、表面张力等力学因素，建立了等离子电弧＋钨极电弧（PAW＋TIG）双面焊接时小孔形成过程的数学模型，并与焊接传热的控制方程耦合，采用数值模拟技术，定量分析了小孔形成的动态过程，根据数值分析结果，将小孔的形成过程分为开始焊接到熔透，熔透到开始穿孔，开始穿孔到小孔形态稳定三个阶段，熔池的最小跨距可作为小孔建立的评价指标。小孔的形成是热、力共同作用的结果。     

激光深熔焊的光致等离子体行为模拟研究

对6063铝合金的激光深熔焊过程中光致等离子行为进行了研究。运用多通道分析装置获取六条由激光诱导等离子体形成的Mg I谱线,使用高速摄像装置捕获等离子体图像;将数据和图像传送到智能终端中,采用Fluent软件分析激光深熔焊接过程中的光致等离子体各阶段的状态。结果表明,激光功率密度随着小孔深度的增加而增大。在激光焊接的起始阶段,光致等离子体的温度变化较大,随着时间推移进入稳定阶段,等离子体的温度趋于恒定。随着焊接的继续,光致等离子体的不恒定性主要体现为光致等离子体的位置上下波动和尺度变化。     

电场提高激光-TIG复合焊熔深的机制

通过对比电场对单激光和单TIG焊接电弧在镁合金板材上堆焊熔深的影响,分析了外加电场对激光-TIG复合焊熔深的影响机制.同时通过研究在不同激光功率、不同TIG电流强度下电场的作用效果,对该机制进行了验证.结果表明,外加电场对激光-TIG复合焊熔深的作用是通过对激光小孔内等离子中带电粒子运动的控制来实现的.外加电场使小孔内电子向小孔底部运动时,可以增加焊接熔深;激光功率越大,外加电场增加熔深效果越明显;增大TIG焊接电流,削弱外加电场对熔深的增加作用.     

Closed-loop control of weld penetration in keyhole plasma arc welding

To improve the penetrating ability and the welding quality of keyhole plasma arc welding, a novel penetration closed-loop control system was established. In the system, welding current and plasma gas flow rate were selected as adjusting variables. The wavelet method was used to detect penetration status from welding arc voltage in real-time. The control strategy of one-keyhole-per-pulse was adapted to fulfill stable and high quality welding process. Experimental results show that the developed system can apparently increase the penetrating force of plasma arc and keyhole plasma arc welding is realized successfully in stainless steel with 10 mm in thickness. Moreover,the disturbances of gradual change and break change from 3mm to 6mm in thickness are come over due to the good response property of the developed system.     

穿孔等离子弧焊接中等离子云的检测

应用天体物理等离子鞘层理论的知识，分析金属板测量尾馅时产生电压和探针测量等离子云时产生电压的原因。当把探针放置在等离子云中，由于等离子体的特殊性，将在探针上产生了负电位，与工件电位差就是鞘层电压，并给出鞘层电压的计算公式，通过分析发现，鞘层电压大小仅仅与检测处等离子体温度和成分有关。提出了一种用无电源探针检测等离子云的新方法，通过检测等离子云中探针上产生的鞘层电压是否为零来判断小孔是否形成。试验验证了鞘层理论在等离子弧焊接中应用的正确性，同时给出了探针放置的最佳位置。     

一种新型等离子小孔焊接熔透闭环控制系统

建立了以电流和等离子体气流为控制变量的等子体小孔焊接熔透闭环控制系统，采用小波方法从焊接电弧电压信号中实时、准确地提取熔池穿孔信息，通过对2个参量的协调控制，成功地实现了“一脉一孔”的焊接工艺。实验表明，该系统不仅显著地提高了电弧穿透力，．能够有效地对10mm厚不锈钢进行小孔型焊接，而且具有良好的快速响应性能，成功克服了3－6mm厚度渐变及附跃变化带来的扰动，实现连续、稳定、可靠的较厚板穿孔焊接。     

钛合金激光焊接过程中等离子体光信号的检测与分析

通过试验的方法探讨了钛合金激光焊接过程中的等离子体光信号与焊接质量的关系，结果分析表明，钛合金的激光焊接过程比低碳钢产生更强烈的等离子体云，等离子体光信号可以较好地反映焊接过程的稳定性和焊接质量的变化。焊接质量良好时，等离子体光信号幅值在某一固定值上下波动，当改变焊接参数使焊接熔深或熔宽改变时，信号的平均幅值亦有明显改变；当较大间隙或错边存在时，等离子体光信号的平均值明显降低，但两种信号的特征不尽相同，前者造成等离子体光信号剧烈动荡而均值很低，而后者一定范围内，随着错边量增加，信号幅值逐渐减小。上述试验结果表明，可以用等离子体光信号的幅值高低和波动大小作为焊接质量实时监测和控制的特征信号。     

6061铝合金激光深熔焊等离子体光谱特征与气孔的相关性

采用光纤激光器对6061铝合金进行焊接,获得了表面成形良好的焊缝. 利用光谱仪和高速摄像机获取等离子体的光谱和图像,分析了激光深熔焊时等离子体的光谱特征,讨论了光谱强度及其波动程度与焊缝气孔的位置及气孔率之间的相关性. 结果表明,6061铝合金激光深熔焊时等离子体的电离度低,光谱中只有金属原子谱线,AlI 396.152 nm谱线的强度能够反映焊接过程中等离子体的光谱特征;等离子体光谱强度及其波动程度与焊缝中氢气孔的形成位置和气孔率均不存在必然联系;等离子体光谱强度与小孔型气孔的位置不存在相关性,但其波动程度能够反映小孔型气孔的气孔率.     

Keyhole formation and its characteristics in laser welding mode transition

Keyhole is the most important characteristic for laser deep penetration welding, and its formation indicates the beginning of laser deep penetration welding mode. The keyhole developing process was analyzed and the keyhole formation time was calculated according to welding speed and the length of weld bead formed in the keyhole formation process. The results showed that the keyhole forms in 40-70 ms at different rate of change of laser power. In laser deep penetration welding process, the variation of light intensity radiated by laser induced plasma can identify the keyhole formation, but it can not be used to estimate the keyhole formation time because of delay effect.     

TIG焊和PAW焊中活性剂对焊缝熔深的影响

针对常规TIG焊生产效率低、熔深小等问题，研究了TIG焊和PAW焊中应用活性剂对焊缝熔深的影响。结果表明，应用活性剂后，在同样的参数下，同传统TIG相比，活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。对于PAW焊，熔深也有增加，但是增加的幅度不如TIG效果明显，但对焊缝成形有很好的改善。同时，活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金，活性剂除了增加焊缝的熔深外，还能够大幅度地消减焊缝产生的气孔。