基于弧控制的等离子切割电源新型复合控制策略

根据非高频引弧技术在等离子切割电源中的应用,分析了等离子电弧的静态特性,推导出了等离子电弧数学模型,并结合电源在非高频引弧、弧转移及弧能量突变过程中的控制需求.提出了一种新型复合控制策略,该策略的内环是由前馈补偿的电弧电压与反馈电弧电压构成电压闭环复合控制,外环则以电流闭环对等离子弧柱能量进行控制,形成了一种前馈补偿双闭环复合控制方式,以满足电源在非高频引弧负载条件下对快速性和稳定性的控制需求.结果表明,文中所提控制策略不仅可以提高系统的快速性和鲁棒性,还具有优异的动态响应能力,电源的非线性适应能力强,有效的解决了等离子切割电源的控制需求.     

水下焊接高压空气环境下GTAW电弧特性

利用自制的高压干法水下焊接模拟试验平台,首次系统研究了高压空气环境下GTAW电弧特性.结果表明,空气环境下GTAW电弧的安全压力范围可高达0.7 MPa;高压空气环境下的GTAW电弧电压值为12～19 V,略高于同样压力的氩气环境下氩弧值,其电弧静特性在电流大于50 A时呈上升特性;随着空气环境压力升高,GTAW电弧的弧柱电场强度与阴阳极压降增加,导致电弧静特性曲线上移,其上升率约为5～10 V/MPa.在试验数据的基础上,建立了高压空气环境下的GTAW电弧电压数学模型,该数学模型可用于综合分析计算电弧长度、环境压力和焊接电流对GTAW电弧电压的影响.     

高压环境下电弧电特性及管道焊接工艺的研究

利用自制的高压干法水下焊接模拟试验平台,首次研究了高压空气环境下的GTAW电弧电特性,研究表明:随着环境压力的升高,气体密度增大,电离度降低,弧柱电场强度增加,导致电弧静特性曲线上移.利用多元线性回归方法,建立了高压空气环境下的电弧电压教学模型,并在此基础上进行了高压模拟管道焊接工艺试验.研究表明,随着环境压力的增大,焊接电流减小,Ar流量增大.在0.1,0.3,0.5和0.7 MPa压力下,选用合理的焊接工艺参数,对于X56管线钢,均获得单面焊双面成形的良好效果.     

气流再压缩等离子弧焊接电弧行为

电弧等离子体行为对焊接接头组织结构和性能具有决定性作用,开展气流再压缩等离子弧特性研究对于指导先进材料的气流再压缩等离子弧焊接工艺和提高焊接接头质量具有重要意义. 针对气流再压缩等离子弧焊接新工艺,基于流体动力学和电磁理论,建立气流再压缩等离子弧数值分析模型,采用ANYSYS Fluent软件,通过C语言进行二次开发,定量计算等离子弧温度分布、流场分布、电势分布,分析压缩气对等离子弧温度场、流场、电弧电压的影响规律. 模拟结果表明,压缩气对喷嘴内的等离子弧温度分布基本没有影响,压缩气对喷嘴外的等离子弧具有拘束压缩作用;压缩气对等离子弧流场分布基本没有影响;压缩气能够提高电弧电压. 相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,气流再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力有望提高.     

不同介质微束水蒸气等离子弧的气流形态与电弧力

微束水蒸气等离子弧气流形态与其电弧形态、电弧特性密切相关。中对水、水 乙醇及水 丙酮等不同介质的微束水蒸气等离子弧气流形态、电弧力进行了测试研究。气流形态测试结果表明，纯水介质的水蒸气等离子弧的气流扩展率最大，水 丙酮介质的水蒸气等离子弧的气流扩展率最小；随着乙醇或丙酮浓度的增加，气流的扩展率增大。电弧力的测试结果表明，纯水介质的水蒸气等离子弧的电弧力最小，水 丙酮介质的电弧力最大；随着乙醇或丙酮浓度的增加，电弧力增大。电弧形态、气流形态与电弧力决定了电弧的切割性能，在相同条件下，水 丙酮的水蒸气等离子弧切割速度最快，而纯水介质电弧的切割速度最慢。     

工艺参数对焊接等离子弧的影响

基于双区域近似电弧模型的理论,研究了工艺参数对喷嘴出口处转移型焊接等离子弧的影响,给出了喷嘴出口处等离子电弧的伏安特性曲线,以及在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下,电弧的弧柱半径及压力随焊接电流变化的曲线,并与试验数据进行比较,比较结果表明,计算结果与试验测量值吻合良好。同时还分析了喷嘴直径、钨极内缩量以及离子气流速在相应的焊接电流下对等离子弧功率与电弧力的影响,并绘出曲线图。研究结果表明,对于中小电流规范下的转移型等离子弧焊接,采用双区域近似电弧模型来研究喷嘴出口处等离子弧的特性是可行的,该模型计算简便,可为得到高质量等离子弧焊接的设计及生产提供理论基础。     

低压环境对等离子弧穿透能力的影响

设计了一套水冷铜阳极电弧力测试装置,测量了不同环境压力下等离子弧在穿透一定厚度工件后电弧压力的径向分布情况,研究了焊接电流、环境压力对于穿透电弧压力的影响规律. 结果表明,等离子穿透电弧压力在电弧中心区域最大,沿着径向从中心至边缘迅速减小. 在同一环境压力下,随着焊接电流的增加,等离子穿透电弧压力增大;当焊接电流相同时,在一定的压力范围内,随着环境压力的降低,等离子穿透电弧压力显著增大,且环境压力变化对于等离子穿透电弧压力的影响比焊接电流变化对其的影响更显著.     

空气等离子弧切割的特点

<正>空气等离子弧切割是指用压缩空气作离子气,用压缩空气电离后产生的电弧热进行切割的切割方法。在电弧作用下,电离了的空气等离子体热焓值高,因而电     

反极性弱等离子弧堆焊基本特性的分析

对反极性弱等离子弧堆焊基本特性进行了研究,分析了反极性弱等离子电弧的能量密度在不同气体流量和气体含量下的变化规律、电弧压力径向分布特性、电弧的热特性、反极性弱等离子弧的燃烧稳定性及静特性等特点.结果表明,反极性弱等离子弧具有较均匀的电弧压力,弧底部的电压径向分布、电流径向分布和阴极斑点的分布三者一致,均呈凹形分布,阴极斑点能量约占电弧有效能量50%,有90%以上的电流分布在内圆直径10 mm的圆环区,通过保护气流可以控制能量密度.反极性弧的阴极雾化作用有效地改善了堆焊金属与基体金属的结合状况.这就使得反极性弱等离子弧成为异种材料堆焊领域中一种理想的热源.     

不同介质水蒸气等离子弧特性

采用光谱方法对水蒸气等离子弧的组成和温度进行了诊断，诊断结果表明，水蒸气等离子弧主要由氢原子、氢离子、氧原子、氧离子和白南电子组成；水蒸气等离子弧具有高温高焓特性，并具有强氧化性。通过光谱法对水、水 乙醇及水 丙酮等不同介质的水蒸气等离子弧温度进行了测量，结果表明，纯水介质的水蒸气等离子弧温度最高，水 乙醇介质电弧温度最低；随着乙醇或丙酮浓度的增加，电弧温度下降。对不同介质的水蒸气等离子弧的切割和焊接性能进行了试验研究，试验结果表明，浓度为20％～30％的乙醇或丙酮水蒸气等离子弧具有较好的切割性能；但是水蒸气等离子弧的焊接性能还不能令人满意。     

高压环境等离子切割电弧数值模拟

以等离子弧为研究对象,在基本假设下通过Ansys-workbench软件建立了喷嘴处二维轴对称有限元数学模型,并对模型进行了网格划分.基于磁流体动力学和电弧等离子体理论,建立了空气等离子电弧模型的控制方程和边界条件,在Flunent软件中利用用户自定义方程UDF命令添加电弧控制方程中的源项及空气等离子的物性参数,导入U...     

等离子弧切割过程中液态金属的运动

为了指导新型等离子弧切割机的研制,有必要对等离子弧与液态金属间相互关系进行研究。通过对空气等离子弧切割过程中,液态金属受力的分析,建立了熔化金属与等离子流之间相互作用关系的模型,根据此模型计算出的有关参数与实测的数值基本是相吻合的。     

TIG焊电弧辅助MIG焊引弧过程分析与机理探讨

在TIG-MIG复合焊中,先引燃的TIG焊电弧能够辅助MIG焊实现非接触引弧,且在整个非接触引弧过程中不产生焊接飞溅. 利用电信号与高速摄像同步采集系统获取MIG焊引弧过程的电弧电压、焊接电流和电弧图像,研究了先引燃的TIG焊电弧及其参数变化对MIG焊引弧过程及引弧方式的影响. 结果表明,细长放电通道形成于MIG焊丝末端与TIG焊电弧之间是TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的关键;TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧对TIG焊接参数的变化具有良好的适应性. 此外,基于气体间隙击穿的流注理论,探讨了细长放电通道的形成过程,揭示了TIG焊电弧辅助MIG焊实现非接触引弧的机理.     

空气等离子切割机引弧策略

空气等离子切割机的传统引弧控制策略为恒流控制,导致引弧电阻功率等级高且需要实时采样引导弧电流。提出了改进的引弧控制策略,无需检测引导弧电流即可增加引导弧电流线性,在保证引弧成功率的前提下,极大降低了引弧电阻的功率等级,并减少电流传感器的使用,降低成本,同时能灵活调节引导弧的强烈程度。实验结果验证了改进的引弧控制策略的理论分析以及实用性。     

高压空气环境钨极氩弧焊电弧形态

针对高压空气环境的特殊性,研制了高压焊接试验舱和钨极氩弧自动焊机,建立了以高速摄像机为核心的电弧摄像系统.在0.1～0.7 MPa空气环境中,研究了电弧形态,采用稳态电弧的电流和弧长,结合钨极氩弧自动焊机其他主要参数,进行了典型位置16Mn钢板的焊接,采用自由成形工艺形成的全部接头均符合美国焊接学会AWS D3.6M:1999中A类接头的要求.     

等离子电弧力的研究

从等离子电弧力的角度 ,探讨了等离子弧焊接工艺参数及其匹配的内在联系与规律性。在不同工艺条件下 (焊接电流、等离子气流量、电极内缩量以及喷嘴高度 )对等离子电弧轴向力进行了测量。并通过显著性分析 ,定量地认识和描述了各工艺参数对电弧轴向力的作用和影响。进而指出了获得稳定的小孔型等离子弧焊接过程的必要条件。本文的工作对于等离子弧焊接工艺参数的匹配及其过程的优化有重要的指导意义。     

金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺

提高电弧穿透能力是等离子弧焊接领域的重要课题.自主设计并搭建了金属粉末再压缩等离子弧焊接新工艺试验平台,采集焊接过程电信号、视觉信号、弧光光谱信号等,并从焊缝成形、电弧电压、熔融金属过渡、弧光光谱等方面对金属粉末再压缩等离子弧焊接过程进行了初步的研究.在相同焊接电流195 A条件下,与常规等离子弧焊接工艺相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝熔深增加1.29 mm、熔宽减少1.65 mm、电弧电压升高0.63 V.在波长为230 ~ 270 nm范围内,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接中Fe和Cr元素的特征谱线明显增多. 结果表明,在相同电流条件下,与常规等离子弧焊接相比,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧穿透能力增强.     

提高等离子弧引弧性能的方法

随着新材料新技术的不断发展,等离子弧的工艺方法越来越多,引弧问题直接影响到某种方法的应用和推广。目前,引燃等离子弧常采用高频振荡引弧,我国电焊机厂生产的引弧振荡器的频率仍为仿苏的150～300KHZ,这种振荡器存在几个问题:①振荡频率高,引弧时产生高频电磁场的强度达到15～24V/m,使振荡回路电器元件发热,同时电弧区产生大量臭氧O_3,对人体健康有害;②在高频高压(3000～4000V)作用下,振荡电容极易击穿,使引弧中断;③火花     

激光-等离子弧复合焊温度场的数值模拟

利用峰值热流随深度衰减的高斯体热源与高斯面热源相结合的方法,建立了激光等离子弧复合焊三维运动热源模型,重点考虑了由热源间距引起的激光束与等离子弧之间相互作用对热源模型的影响.基于所建立的热源模型对2 mm厚1420铝锂合金板的激光等离子弧复合焊接温度场进行了有限元分析,得到了不同热源间距条件下焊接区域的温度场分布.结果表明,仿真结果与试验结果相符合,证明了该热源模型是反映了客观实际的.此工作对于激光电弧复合焊接传热及工艺研究具有指导意义.     

高压环境下CMT焊接电弧行为及焊缝性能

采用CMT焊接方法,在模拟水下高压环境的实验系统中分别进行了常压环境下(0.1 MPa)和环境压力为0.5 MPa下的焊接实验,实验中采用API X65管线钢接头为研究对象.焊接过程中采用高速摄像观察焊接电弧行为,2种环境压力下焊接过程均稳定,但与常压环境相比较,0.5 MPa环境压力下的CMT焊接电弧产生收缩,熔滴过渡频次降低.焊后对焊缝分别取样进行力学性能检测和金相组织观察,高压环境下焊缝及热影响区的金相组织因为环境冷却作用增强而出现上贝氏体组织,拉伸性能没有明显变化,低温冲击韧性下降,但测试数据也远高于相关标准要求.结果表明,CMT焊接方法改善了高压焊接过程的稳定性,满足水下高压干式焊接作业要求.