基于反翘电压的脉冲穿孔等离子弧焊熔透控制系统

采用无源探针检测系统从脉冲穿孔等离子弧焊的反翘电压信号中实时、准确、便捷地提取了熔池熔透信息.并以此作为反馈信号,以每个脉冲周期小孔存在时间作为被控制量,脉冲峰值电流作为控制量,采用MATLAB模糊逻辑工具箱进行熔透控制器的设计与仿真,以查表法完成了模糊控制系统的开发.结果表明,该系统可以在脉冲穿孔等离子弧焊接中实现"一脉一孔"过程,不仅保证了连续、稳定、可靠的穿孔焊接过程,而且可以得到良好的焊缝成形.     

焊接工艺——熔焊

脉冲等离子弧焊穿孔熔池的等离子云传感；穿孔等离子弧焊接中等离子云电流的产生机制及简化模型；基于脉冲微束等离子弧焊的快速成形系统中实时自适应送丝方式；采用“Spot Welder”的等离子弧点焊。[编者按]     

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。     

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。     

穿孔等离子弧焊的熔深检测

在小孔等离子弧焊接过程中，首次利用鞘层电压获知等离子云喷封角，从而获知熔深情况。从以往研究只停留在实时检测小孔是否穿透的状态信息，前进到通过等离子云喷射角来检测熔池熔深的状态。设计了无源探针检测等离子云装置，该装置简单、可靠，具有较好的工业应用前景。     

穿孔等离子弧焊接热场和流场的数值模拟

考虑熔池和小孔的耦合作用,建立了穿孔等离子弧焊接热过程的三维瞬态模型.采用焓孔隙度法处理了凝固熔化过程中相变潜热以及动量损耗问题.基于流体体积函数法（VOF）对小孔界面实施追踪.对等离子弧焊从小孔形成到穿孔的瞬态演变行为、熔池流场的动态变化过程进行了数值模拟.开展了穿孔等离子弧焊接试验,对数值模拟结果进行了试验验证.结...     

铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上"热"和"力"的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.     

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.     

三维静态锥体热源穿孔等离子弧焊接熔池的数值模拟

采用三维静态锥体热源对穿孔等离子弧焊接过程进行数值模拟.研究了三维锥体热源作用下焊接熔池流体流场、熔池内金属的流动方式以及熔池流体运动速度的变化.并与高斯热源条件下的模拟结果做比较.最后进行PAW焊接工艺试验,通过测量尾焰信号及焊缝尺寸等判断焊接熔池特征,将理论计算结果与试验测量值进行比较.     

激光-MIG复合焊熔透状态视觉检测方法的研究

激光-MIG复合对接焊中,熔透状态是反映焊缝成形质量的重要指标.为获得反映熔透状态的信息,在此采用视觉传感器时焊接过程中的熔池正面、小孔图像、熔池背面分别进行了检测.结果表明,在复合对接焊条件下,采用熔池正面图像检测或小孔热辐射图像检测的方法,不能判断出熔透状态.采用主动照明的拍摄方式并选用合适滤光片的熔池背面图像的视觉检测方法,能够获得反映焊缝熔透状态的图像.     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

背反射增效激光焊接熔池匙孔相变及流场分析

建立了背反射增效激光焊焊接熔池流动中气相区、液相区和固相区的统一模型，在模型中考虑了等离子体/蒸气云和小孔吸收机制，综合了表面张力、热浮力和重力的作用. 基于数值计算得到了熔池的三相匙孔相变以及流场，重点分析了表面张力对熔池流动和传热的影响. 此外，通过钛合金薄板的背反射增效激光焊接试验对模型进行了验证. 结果表明，匙孔引发等离子体/蒸气云与背面垫板诱发羽辉的耦合作用，是X形焊缝熔池形貌形成的主要原因；同时，表面张力是形成背反射增效激光焊接熔池内“椭圆回流环”的主要驱动力.     

激光扫描焊接熔池及等离子体动态行为

以5A06铝合金为试验材料,采用高速摄影技术对激光扫描焊接过程中的熔池及等离子体羽辉动态行为进行拍摄,对比分析了常规单激光焊接与激光扫描焊接条件下的熔池表面流动特征和等离子体羽辉波动特征. 结果表明,一定条件下的摆动激光光束相比于单激光光束,能够极大地增强等离子体羽辉的稳定性,延长其存在周期,同时熔池流动的方向性增强,稳定性提高,整个焊接液态熔池表面不存在“回流”现象,熔池流动产生的流体动压力对匙孔的冲击力作用降低,匙孔的稳定性提高.     

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。     

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.