短路过渡GMAW系统动态过程参数的研究

从全系统的角度研究了短路过渡GMAW系统动态过程参数的内在联系.以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,并在此基础上讨论了焊接电流的变化影响到焊丝熔化速度的动态变化,并进一步影响到焊丝伸出长度和液桥高度的动态变化.     

GMAW短路过渡液桥形状动态模型

GNAW(熔化极气体保护焊)短路过渡中的液桥形状变化受诸多因素影响,是一个复杂的动态变化过程.基于能量最小原理,在一定的假设条件下,建立了GMAW短路过渡液桥形状动态变化的模型;结合焊接回路的动态模型,对液桥形状动态变化进行了仿真计算;并在此基础上,进一步进行了模型的试验验证和模型的误差分析.结果表明,建立的GMAW短路过渡液桥形状模型所描述的液桥轮廓动态变化趋势与试验结果比较吻合,实际焊接过程中的液桥形状还受到磁偏吹、焊接运动过程、熔池作用、保护气体流动等的影响,这些影响是造成液桥形状模型误差的主要因素.     

压电驱动GMAW短路过渡行为控制

文中提出了一种基于压电致动器的高动态焊丝启停控制技术,压电致动器膨胀锁止焊丝,收缩则释放焊丝.在焊丝锁止-释放过程中,可以主动驱动熔滴与熔池短路,并利用这一动态过程产生的惯性力驱动短路液桥断裂完成一次熔滴过渡.研究结果表明,组合压电致动器的加入对于小电流下GMAW短路过渡有显著的改善,短路开始和结束都稳定可控,避免了随机短路的发生,不再依赖大短路电流强制缩颈液桥,短路过渡频率显著提升,在DCEP 100 A焊接电流下可达130 Hz,DCEN模式下由于阴极斑点爬升导致电弧稳定性较差,但短路过渡频率也可达100 Hz.     

GMAW短路过渡动态模型的建立

从全系统的角度建立了短路过渡GMAW系统的动态模型.在研究了短路过渡GMAW过程各物理量相互关系的基础上,在一定的条件下,以焊接回路模型为主体,进行了短路过渡GMAW过程全系统的动态模型建立,其中的液桥形状动态模型则采用了能量最小原理.在建立的动态模型基础上进行了仿真计算和误差分析,并进一步与实际的焊接过程进行了比较.     

基于GMAW动态模型的短路过渡过程稳定性分析

基于已建立的CO₂焊短路过渡模型,模拟了短路过渡的动态过程;预测了不同送丝速度下短路过渡频率、接触熔滴和残余熔滴等效半径、熔滴的速度和位移以及液桥的变化;分析了上述参数与稳定性之间的关系,并成功预测了最佳电弧点,为焊接过程的参数优化提供依据.结果表明,当熔滴过渡频率最大时,并未达到最佳焊接条件;在最优焊接参数下,残余熔滴等效半径达到最小,且熔滴振荡速度和位移变化范围较小;接触熔滴等效半径和液桥曲率半径越小,越有利于提高短路过渡的稳定性.     

电源电压对水蒸气保护焊短路过渡过程的影响

水蒸气保护电弧焊由于其独有的特性，在工程上有一定的替在应用价值，但是它存在与CO2焊相似的焊接工艺问题，如飞溅大、焊缝成影差等。实验发现，在送丝速度给定的情况下，匹配合适的电源电压可得到较好的焊接效果。利用燃弧阶段的焊丝熔化模型和短路过渡液桥失稳模型分析了电源电压对短路开始时液桥长度，以及短路过程中液桥失稳颈缩时的电流和所需时间的影响规律．从而可以解释水蒸气保护电弧焊在电源电压合适时可使短路峰值电流降低和短路时间缩短。从而使焊接过程稳定、飞溅减少。模型计算结果可用于指导正确选择焊接规范。     

激光填丝焊焊丝熔入行为研究

激光填丝焊接技术因其特有的优点提高了其焊接经济性,在增材制造和修复领域具有广阔的应用前景。然而焊丝熔入行为对焊接过程的稳定性和焊缝成形质量有很大影响。基于高速摄像采集技术和焊接工艺试验系统研究了焊丝熔入行为和焊缝成形质量之间的内部联系。结果表明,焊丝送进位置和送丝速度是影响焊丝加热熔化机制和液态金属过渡行为的关键因素;根据光丝间距的变化液态金属过渡行为可分为大滴过渡、液桥过渡和铺展过渡3种形式,其中液桥过渡时焊接过程最稳定且焊缝成形质量最好。     

基于工程应用的CW-GMAW熔滴过渡形态表征

综述了涉及工程应用的冷丝熔化极气体保护焊（Cold wire gas metal arc welding, CW-GMAW）熔滴过渡形态特征。结果表明,在大电流、强规范、富氩混合气体保护下,CW-GMAW工艺的熔滴过渡形态呈喷射过渡;当电流较小、电弧电压较低时,可能为滴状过渡,甚至在弧压很低时,呈现短路过渡形态。该工艺电弧发生偏向冷丝的位移,弧长变短甚至发生短路,与冷丝送进速率比增高及冷丝在电弧中产生大量金属蒸气时弧柱电阻下降有关。在具有富氩混合保护气体的相同工艺参数下,CWGMAW转变电流比GMAW降低了4%～7%。焊接工艺参数对CW-GMAW和GMAW工艺熔滴过渡形态的影响规律大致相近,但前者因涉及冷丝送进速率比和电极焊丝送进速度,以及它们的匹配等,使焊接电流的影响更为复杂。     

激光液态填充焊的填材熔化与过渡稳定性

针对激光填丝焊过程中焊丝对入射激光能量的反射、匙孔不稳定等问题,提出了激光液态填充焊方法,采用电弧提前预熔焊丝,让填材以液态方式流入熔池中.分析了激光液态填充焊的熔化、过渡模式,以及工艺参数对过渡模式的影响规律.结果表明,在电弧热作用下焊丝有液桥过渡和滴状过渡两种模式,焊接电流较小时,焊丝的上部熔化,下部依然保持固态,形成稳定的液桥过渡;焊接电流较大时,焊丝端部全部熔化易回缩成球为滴状过渡,过渡稳定性变差.为改善滴状过渡的稳定性,可依靠间隙的毛细作用稳定流入熔池中.激光液态填充焊可降低对匙孔的冲击,提高匙孔的稳定性.     

无镀铜焊丝熔滴过渡形态与工艺质量的关系

综述了镀铜和无镀铜焊丝熔滴过渡形态与工艺质量的关系。两种焊丝GMAW焊接时,熔滴有大滴过渡、喷射过渡和短路过渡3种形态。在富氩混合气时都存在滴状向喷射过渡的转变电流。无镀铜焊丝在不同保护气体时的电弧改善、熔滴细化、转变电流均低于镀铜焊丝。焊接电流和电弧电压的正确匹配是获得满意过渡形态的重要条件。焊丝的工艺质量除了受焊丝和涂层成分及母材焊接性控制之外,主要受焊接工艺条件控制。通过工艺参数匹配的变化建立了熔滴过渡形态与焊丝工艺质量间的关系,其内在联系主要是熔滴尺寸和转变电流的变化。     

GMAW短路过渡过程的二次引弧现象

传统的短路过渡过程一般认为整个过程只存在一次引弧. 但是文中通过对GMAW短路过渡的高速摄像照片进行观察发现了一个新现象——即短路过渡过程并不是一次引弧完成的,而是存在二次引弧现象. 结果表明,当熔滴颈缩断裂的瞬间,焊丝端部与脱落熔滴尾部之间存在一定浓度的高温金属蒸气,会发生一次短暂的电弧燃烧过程. 此电弧随着脱落熔滴逐渐没入焊接熔池而消失. 随后会以保护气体作为介质进行下一次引弧(二次引弧),此次引弧也是传统短路过程的引弧阶段. 由电流波形可知,在熔滴颈缩附近存在两次短路电流波形,一次波形为传统的短路峰值电流,二次波形则是由于金属蒸气短暂引弧造成的.     

高效热丝GMAW焊接工艺熔敷速率试验分析

交流热丝GMAW工艺是一种高效焊接工艺,其主弧为传统GMAW电弧.填充焊丝和熔池及母材构成闭合回路,交流脉冲预热电流流经该回路,产生电阻热并预热填充焊丝.当被预热到高温的填充焊丝进入熔池后,在液态金属作用下迅速熔化.进行了高效热丝GMAW工艺的试验研究,找到填充焊丝预热电流、填充焊丝伸出长度、焊丝间距、主弧焊接规范等参...     

Spatter reduction in gas metal arc welding of stainless steel sheets using controlled bridge transfer process

Abstract

In non-pulsed gas metal arc welding (GMAW), spatter can be reduced by controlling the short circuit current to a low level just before the re-arcing. The controlled bridge transfer (CBT) process, which optimises the accuracy of predicting the re-arcing in real time in response to the metal transfer, realises stable, low spatter level. In this research, the methods for controlling short circuit transfers to minimise spatter and realise stable arcs in GMAW of stainless sheet using argon rich shielded gases are investigated. The new CBT process has been developed by applying the specific arc length estimation method that is not affected by abnormal rise in arc voltage. This process can suppress the spatter generation caused by a fluctuation in the vibratory motion of the weld pool or inaccurate prediction of the re-arcing in the succeeding short circuit/re-arcing cycle, and thereby spatter free GMAW in the short circuit transfer mode can be carried out even on stainless steels.     

GMAW焊送丝机PWM可逆调速系统

目前普遍使用的晶闸管送丝机系统,存在动作噪声大、寿命低、系统响应速度慢、功率因数低等缺点,难以满足高质量GMAW焊的需要.采用特制的高频可逆调速电机驱动电路配合低惯量的印刷电机,研制了一种适用于GMAW(熔化极气体保护焊)焊接电源的新型可逆调速送丝系统.试验证明,该送丝系统送丝平稳可靠,送丝速度的线性度好,可调节范围宽,电枢电压惯性小,完全可以满足高质量GMAW焊工艺对送丝系统性能的要求.     

激光填丝焊焊丝熔入行为特征

采用高速摄像技术和工艺试验相结合的手段进行铝合金光纤激光填丝焊焊丝熔入行为及工艺特性研究.分析了焊丝熔入行为及其主要影响因素,研究了送丝方式与送丝角度对焊缝成形及焊接过程稳定性的影响.结果表明,依据光丝间距的不同,焊丝熔入行为可分为3种典型特征,铺展过渡、液桥过渡和大滴过渡,其中液桥过渡最为理想;前置送丝焊丝熔化效率高,工艺窗口较宽;送丝角度影响焊丝吸收激光能量程度以及液态焊丝对液态熔池的冲击力的大小,随着送丝角度的增加焊缝背部熔宽有明显增加,而焊缝熔深基本不变.     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.