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。     

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.     

高频脉冲耦合铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及其熔覆特性

文中采用高频脉冲电源与单脉冲MIG焊电源并联叠加的方式与激光热源复合,形成高频脉冲耦合激光-MIG复合焊接方法.在A7N01铝合金板材上进行堆焊试验,用高速摄像研究高频脉冲耦合后电弧及熔滴过渡行为的变化,并通过金相观察研究高频脉冲耦合对熔覆层成形及组织的影响.结果表明,高频脉冲耦合后弧长增大,电弧电压增大、基值电流减小,峰值电流变化不大;熔滴由部分亚射流过渡转变成完全射流过渡;熔覆金属表面光滑,“鱼鳞纹”特征消失,无“指状”熔深问题;熔覆层晶粒大小变化不明显,但晶粒内部强化相颗粒变小,分布更加均匀.     

铝合金Plasma-GMAW-P复合焊接电弧特性及熔滴过渡行为

研究了Plasma-GMAW复合焊接过程中的电弧特性以及熔滴过渡行为。结果表明,不同电流的等离子弧通过改变GMAW电弧的导电以及受力状态来影响GMAW电弧形态以及熔滴过渡行为。等离子弧电流较小时,GMAW电弧的等离子流效应对GMAW电弧形态影响显著,基值时期的GMAW电弧基本沿焊丝轴线燃弧,峰值时期由于在焊接方向上同时受到方向相反的2个力而被压缩,熔滴所受的等离子流力以及等离子流力垂直向下的分力因此增加,对熔滴过渡的促进作用增强,熔滴更易从焊丝脱落。等离子弧电流增加,氛围中金属蒸气增多,电荷流效应对GMAW电弧的影响增强,基值时期GMAW电弧偏向等离子弧方向燃弧,由于焊接电弧存在热惯性,MIG电弧在峰值时仍偏向等离子弧,熔滴所受等离子流力垂直向下的分力因此减小,熔滴脱离焊丝的时间增加。     

激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.     

M弧电流对Tri-Arc双丝电弧焊熔滴过渡形态影响

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因.结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定.M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定.M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定.焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

等离子-熔化极气体保护焊电弧特性研究现状

等离子-熔化极气体保护焊的电弧形态和熔滴过渡方式直接关系到焊缝质量,采用不同的电极连接形式,如直流正接、直流反接,电弧形态及熔滴过渡方式均不同;主要介绍了目前等离子-熔化极气体保护焊在采用不同的电极连接形式下,不同的电弧形态和熔滴过渡方式,以及电弧成分组成和温度分布;通过对熔化极等离子弧静特性等方面的研究发现,熔化极电流的大小不是由焊丝与工件间的电压决定的,而是由导电嘴与焊丝端部处的等离子弧电位差决定的,并决定电流的方向.     

1. 佳木斯大学 材料科学与工程学院，佳木斯 154007; 2. 深圳瑞凌实业股份有限公司，深圳 163000; 3. 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因. 结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定. M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定. M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定. 焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

耦合状态下激光对MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

采用高速摄影设备研究了CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡的特点,试验结果显示在高速焊接时采用MIG焊的熔滴过渡特性比较复杂,是一种不稳定的混合过渡形式,当加入激光后由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和两个等离子体的耦合作用,熔滴过渡频率增加,熔滴过渡形式转变为一种单一稳定的射流过渡形式,电流电压恒定,焊缝成形良好,飞溅大大减少,熔宽熔深显著增加.因此采用激光-MIG复合焊接是一种高效率的新焊接工艺,具有广泛的应用前景.     

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.     

脉冲TCGMAW电流占空比对熔滴过渡和焊缝成形的影响

基于建立的熔滴过渡高速摄像分析系统,对高速脉冲TCGMAW在脉冲电流占空比变化下的熔滴过渡过程进行观察分析,并就脉冲电流占空比变化对熔滴过渡和焊缝成形质量的影响进行了研究。试验结果表明,在所用焊接规范下,当脉冲电流占空比较小时,焊丝熔化速度不能与送丝速度匹配,熔滴过渡方式表现为短路过渡形式,焊缝成形较差,甚至出现断弧、焊不起来的情况;随着脉冲电流占空比的提高,焊丝熔化能量加大,熔滴过渡方式逐渐过渡到射滴过渡和射流过渡,电弧电压的波动范围变小,焊缝成形良好。     

An initial study on welding procedure using tandem MIG welding of high strength aluminum alloy

The high-speed camera system and data acquisition system of welding parameters were created in tandem MIG welding of high strength aluminum alloy. The experiments were carried out in order to obtain the photos of droplet transfer under different welding parameters in pulsed mode. The droplet transfer mode of ““one pulse one droplet““ becomes the preferred selection during welding process because of its stable procedure and sound weld form. The parameter ranges for corresponding transfer mode were experimentally achieved, among which the stable droplet transfer mode of ““one pulse one droplet““ can be realized. These efforts brave the way for control weld heat input and weld formation in the future.     

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.     

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.     

旁路耦合电弧高速焊接工艺

为了实现传热、传质的解耦,提出了旁路耦合电弧焊接工艺(Arcing-wire PAW).介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成,利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集,结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置,使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化,焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长,保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.     

脉冲熔化极气体保护焊熔滴过渡电信号特征及建模

脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)熔滴过渡形式对焊接质量有着重要的影响,同时脉冲参数是影响GMAW-P熔滴过渡行为的主要参数.利用高速数字摄像技术,记录熔滴过渡过程,同时采集焊接过程的电流、电压信号,并将各个信息传输到PC机中,实现数据的保存.综合分析熔滴过渡图片与对应的电信号的关系,提取了GMAW-P熔滴过渡过程特征电信号.通过统计分析建立了GMAW-P熔滴过渡逻辑回归模型.结果表明,此模型预测熔滴过渡的正确率达93%,为实现一脉一滴最佳脉冲熔滴过渡形式闭环控制开辟了新的途径.

Abstract：

Metal droplet transfer mode which is influenced by the pulse parameters such as pulse current ( I_p ) , pulse time ( t_p ) , base current ( I_b ) and pulse frequency (f) has play an important role in the weld quality. An experimental system based on the Lab VIEW virtual instrument and high speed photography technology was developed to sample the transient electrical parameters and record the images of droplet transfer process simultaneously. A transition voltage U_(dd) in the pulse voltage drop edge of electrical waveform was discovered according to analysis of synchronous electric and image signals. The relationship between the metal transfer mode and the slope of the transition voltage was proposed. The result of experiments shows that the model can be used in closed-loop controlling of one droplet per pulse transfer mode and also can help for optimizing the welding parameters.     

GMAW-P焊后中值脉冲波形控制工艺

一脉一滴是GMAW-P焊最理想的一种过渡形式.为了获得这种过渡形式,需要焊接脉冲波控参数之间的良好配合.结合仿真与试验研究,从能量的观点研究了在后中值波形控制方法中两个关键脉冲参数--中值时间和中值电流对GMAW-P焊的影响.试验表明;当设置适当的中值电流和中值时间时,能向熔滴过渡过程提供合适的能量,有利于实现一脉一滴,熔滴过渡过程的可控性好,焊接过程稳定,焊缝质量好.     

双丝三电弧焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

为了验证双丝三电弧焊接过程中M弧不同的电流、脉冲频率对其熔滴过渡行为的影响;试验搭建了双丝三电弧焊的焊接系统以及高速摄像与波形同步采集系统.结果表明,熔滴过渡行为变化的主要原因是在M弧作用下熔滴的受力变化.其次,熔滴过渡行为和M弧电流的变化存在着对应关系:随着M弧电流增大,熔滴过渡行为依次为焊缝成形最佳的短路过渡+射流过渡、以及成形依次变差的大滴过渡、射滴过渡、射流过渡.随着M弧脉冲频率增加,熔滴过渡行为依次为一脉多滴、一脉一滴、多脉一滴三个阶段;其中焊接成形最理想的为一脉一滴的熔滴过渡阶段.     

脉冲频率对TCGMAW熔滴过渡行为的影响

采用高速摄影与电信号小波分析研究了双丝共熔池熔化极气体保护焊（TCG-MAW）脉冲频率变化对焊接过程熔滴过渡方式和频率及焊缝成形的影响.结果表明,在文中焊接工艺参数下,脉冲频率较高（140 Hz）时,前丝熔滴过渡方式为射流过渡,后丝为射滴过渡;脉冲频率较低（40 Hz）时,前丝、后丝熔滴过渡方式均为射滴过渡;脉冲频率中等（60～100 Hz）时,前丝、后丝熔滴过渡方式均为射流过渡;脉冲频率在40～140 Hz变化时,前丝、后丝熔滴过渡基本上表现为一脉一滴形式.当脉冲频率大约在60～100 Hz变化时,焊缝成形较好.     

Nd：YAG激光-脉冲MAG复合热源焊熔滴过渡分析

采用高速摄像技术拍摄熔滴形成、长大及脱落的过程,观测并分析激光加入对电弧焊熔滴过渡的影响.结果表明,发现激光改变了熔滴的空间飞行轨迹、过渡稳定性、熔滴过渡模式.并从熔滴受力角度建立了脉冲MAG焊接熔滴力学模型,分析了激光加入后熔滴受力状态的改变情况.分析发现复合激光后,脉冲MAG熔滴还受到额外两个力的作用,即激光小孔产...