基于周期平均值外特性的脉冲MIG焊弧长稳定性研究

通过对脉冲熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊脉冲平均电流电压变化率的计算,提出脉冲周期平均值外特性曲线,并对弧焊电源脉冲周期平均值外特性曲线和电弧静态性曲线的动态稳定工作点进行详细分析,得出利用脉冲平均值外特性控制脉冲MIG焊的控制策略。同时运用双闭环控制实现了基于弧压反馈的I/I模式控制数字化弧焊电源,此电源能在送丝速度稳定情况下自适应弧长扰动变化,实现脉冲弧焊过程一脉一滴熔滴过渡。通过弧长阶跃试验表明,脉冲弧焊过程中焊丝熔化速度快速跟踪弧长变化,具有良好的弧长动态调节性能,保持弧长动态稳定,即焊接过程稳定,焊缝成形良好,同时验证了分析过程正确性和设计过程的可行性。     

单电源三丝MIG焊的交替燃弧特性

三丝焊作为一种高效的焊接方法受到重视,而电弧形态及燃弧特性是反映焊接过程稳定性,决定焊缝成形及质量的重要因素。试验中搭建三丝熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)焊系统,利用Mult Daq电信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察不同电弧电压下的焊丝燃弧情况及熔滴过渡方式,研究短路过渡和大滴过渡形式下的交替燃弧机理,以及电弧电压对单电源三丝MIG焊交替燃弧过程的影响。结果表明,当焊接电源供给能量较小时,并联的三根焊丝上的电流分配呈现"此消彼长"的规律而导致电弧在焊丝间交替燃烧,且焊丝在电弧空间中的位置决定了焊丝上的电流分配。随着电弧电压的增加,交替燃弧频率减小。当电弧电压达到34 V时,三根焊丝同时燃弧,无交替燃弧现象,交替燃弧频率变为0 Hz。     

激光+双丝脉冲MAG复合焊的焊接稳定性

研究激光和Ar+He混合气体中He气体体积分数对激光+双丝脉冲MAG复合焊焊接稳定性的影响。搭建激光+双丝脉冲熔化极活性气体保护(Metal active-gas, MAG)复合焊焊接系统,利用LabVIEW信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态和熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察后丝短路和前丝断弧情况并对前丝电弧电压进行单因素方差分析,研究Ar+He混合气体中He气体体积分数对焊接稳定性影响;比较焊接过程中激光的有无对熔滴过渡的影响,分析激光对焊接稳定性影响。结果发现随着He气体体积分数增大,后丝对应短路次数增多,当He气体体积分数为50%时,前丝出现断弧现象,大于50%,断弧时间随之增加,焊接稳定性变差;激光+双丝脉冲MAG复合焊和双丝脉冲MAG复合焊相比,加入激光可稳定电弧,为熔滴提供一附加力,该力促进熔滴过渡,使熔滴过渡尺寸减小,加大过渡频率,改善熔滴过渡,提高焊接稳定性。     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制

脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法,它通过特定的接法引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合,利用旁路电弧的分流作用,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制,从而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的自由过渡形式,可以实现铝-钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数对焊接过程的影响,通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法,建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型;针对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题,提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案,并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明,当焊接过程受到干扰后,采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性;焊接试验证明了控制仿真的预测与分析,进行闭环控制后,焊接过程更加稳定同时得到了成形良好的铝-钢异种金属接头。     

直流正接MAG焊电弧及熔滴过渡特性

借助高速摄像手段研究不同保护气氛下(Ar+CO2和Ar+O2)、不同焊接电流大小的直流正接MAG焊的电弧及熔滴过渡特性,分析电弧烁亮球的成因及其对直流正接MAG焊接过程稳定性的影响特点,并在此基础上确立直流正接MAG焊的工艺区间,同时比较焊丝极性对MAG焊焊丝熔化系数的影响。试验结果表明,当保护气体采用Ar+CO2时,熔滴过渡方式基本上呈大滴排斥过渡,焊接过程不稳,飞溅较大,难以应用;当保护气体采用98%Ar+2%O2时,稳定的直流正接MAG焊的熔滴过渡方式可分为小电流滴状过渡和大电流射流过渡,其中前者为下垂滴状过渡,并且熔滴尺寸随着焊接电流的增大而减小,而熔滴过渡频率相应提高,后者的电弧烁亮区分为上下相串联的两部分,调节电弧电压可以控制电弧烁亮球的活动范围并能改善焊接过程的稳定性。     

双旁路耦合电弧铝合金MIG焊熔滴过渡形态研究

提出双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Dual bypass metal inert-gas,DB-MIG)电弧焊方法并建立试验系统.该方法以传统熔化极惰性气体保护焊接电弧为主弧,引入两路对称的电流可控的非熔化极旁路电弧并与主弧形成耦合电弧进行焊接.由于旁路电弧的分流作用,在保持较高焊丝熔化电流的同时可有效降低母材输入电流,并且旁路电弧力的作用对熔滴过渡也有显著的影响.设计专用的窄带滤光系统,实现无激光背光的焊接熔滴过渡行为的高速摄像,获得不同旁路电流参数条件下的铝合金DB-MIG焊熔滴过渡的高速摄影图像并进行分析.试验结果表明总电流恒定的情况下,熔滴过渡形态随旁路电弧电流参数改变而改变.对DB-MIG焊条件下作用于熔滴上的电弧力的分布进行理论分析,解释试验现象,理论分析和研究表明双旁路耦合电弧可以促进熔滴过渡并可显著降低喷射过渡的临界电流.     

脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。     

双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡受力分析

针对双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert gas,MIG)焊过程,使用高速摄像采集不同旁路电流下的熔滴过渡图像,通过图像处理提取熔滴过渡数据信息,并对熔滴所受的主要作用力进行定量计算。根据计算结果对比分析不同参数下熔滴受力的动态变化情况,研究旁路电弧对熔滴过渡的促进机理。结果表明,在焊接总电流较大的情况下电磁力对双旁路耦合电弧MIG焊熔滴过渡的影响最显著,旁路电弧可以促进熔滴上弧根面积的扩展和熔滴缩颈的形成,通过增加向下的电磁力来促进熔滴过渡,且旁路电流越大旁路电弧对熔滴过渡的促进作用越明显;在焊接总电流不变的情况下,随着旁路电流的增加熔滴过渡频率随之增加,熔滴尺寸随之减小,熔滴过渡形式逐渐由大滴过渡转变为喷射过渡。     

纵向磁场对MAG焊电弧及熔滴过渡的控制作用

将纵向磁场应用于98%Ar+2%O2和80%Ar+20%CO2保护的射流过渡MAG焊,借助高速摄像手段研究外加纵向磁场对MAG焊电弧形态及运动特征的影响规律,揭示纵向磁场对MAG焊电弧的作用本质在于压缩电弧.通过分析液流束末端的液态金属的受力情况,确立纵向磁场作用下MAG焊的熔滴过渡机制.试验结果表明,外加纵向磁场使得相对"静态"的锥形MAG焊电弧转变为高速旋转的螺旋状电弧,并且随着励磁电流的增大,电弧旋转角速度加快、可见弧长缩短、电弧电场强度提高.同时外加纵向磁场的引入还能够降低焊接电流、提高熔滴过渡频率和焊丝熔化系数.外加纵向磁场对射流过渡MAG焊接过程稳定性的影响特点与所采用的保护气体的物理性质相关.     

CO_2气体保护焊技术问答?

1.二氧化碳气体保护焊(以下简称 CO_2焊接)时,“熔滴过渡”是怎么回事?共有几种过渡形式?采用短路过渡的短弧焊为什么适于薄板和空间全位置焊接?[答]:CO_2焊接是一种熔化极气体保护焊,在进行 CO_2焊接时,在电弧的热作用下,焊丝不断地被熔化,液体金属不断地离开焊丝未端进入熔池.这个过程称为“熔滴过渡”。熔滴过渡是 CO_2焊接中的一个重要环节,     

CHARACTERISTICS OF DROPLET TRANSFER IN CO2 LASER-MIG HYBRID WELDING WITH SHORT-CIRCUITING MODE

LF6 aluminum alloy plates with 4.5 mm thickness are welded in this experiment.Welding is carried out by using the CO2 laser-MIG paraxial hybrid welding in flat position. The experimental results indicate that the inherent droplet transfer cycle time of conventional MIG arc is changed due to the interaction between CO2 laser beam and MIG arc in the short-circuiting mode of laser-MIG hybrid welding. Because of the preheating action of CO2 laser to electrode and base material, the droplet transfer frequency of MIG arc is increased in the hybrid welding process. When laser power is increased to a certain degree, the droplet transfer frequency is decreased due to the effect of laser-induced keyhole. Furthermore, through analyzing the MIG welding current and arc voltage waveforms and the characteristics of droplet transfer in the hybrid welding process, the effect of laser energy and the action point between laser beam and arc on the frequency of droplet transfer and weld appearance is investigated in details.     

Effect of laser on the welding process of short-circuiting transfer MIG welding of aluminum alloys

In this paper, the effect of laser on the welding process in metal inert gas (MIG) welding of aluminum alloys was studied exploiting high-speed imaging and welding electrical signals collecting. Bead-on-plate welding experiments were conducted using conventional short-circuiting transfer MIG welding and laser-short-circuiting transfer MIG hybrid welding. The obtained results point out that it took less time to strike the arc in laser-MIG hybrid welding, and the stability of arc striking was increased. When the laser was introduced into the arc atmosphere, the arc was compressed, and the welding energy was more concentrated. The arc cathode spot was fixed to the laser beam impinging spot, so the arc could burn stably. In laser-MIG hybrid welding, the droplet short-circuiting transfer stability and the weld appearance were improved significantly. Moreover, an analysis method of judging droplet transfer stability which bases on statistical techniques was proposed. By this method, it can be concluded that the short-circuiting transfer process became more stable in laser-MIG hybrid welding.     

基于效率优化的混合动力再生制动控制策略

以CVT混合动力轿车为研究对象,根据镍氢电池组和ISG电机性能试验结果,建立了电机/电池联合效率模型,获取了电机/电池联合最佳效率曲线,提出了实现CVT与ISG电机和镍氢电池组最佳匹配和系统效率优化的再生制动控制策略。仿真结果表明：所提出的再生制动控制策略,在保证整车制动安全的条件下,能实现ISG电机/电池高效工作,可进一步提高制动能量回收率。     

自保护药芯焊丝熔滴过渡的控制

从药芯组成和焊接工艺两方面对自保护药芯焊丝熔滴过渡的影响进行了研究 ,对熔滴过渡的受力进行了分析 ,研究结果表明 :适当增加气体动力即增大药芯中C、O质量分数 ,添加表面活性剂可提高颗粒过渡、射滴过渡的比例。电流、电压主要影响作用在熔滴上的电弧力 ,电流增大短路非爆炸附渣过渡、短路爆炸过渡及爆炸过渡的比例增大。电压增大使短路爆炸过渡、颗粒过渡、射滴过渡的比例增加。电流电压同样也对过渡时间有影响。而过渡时间对熔滴保护效果以及飞溅大小有重要影响     

超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas,U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法,利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律,主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理,结果发现随电弧电压增加,超声对电弧的压缩效果也逐渐增大;而随送丝速度增加,焊接电流增大,电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析,可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时,该附加力达到最大,约为2.8×10-3 N,继续增大焊接电流,该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌,结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度,存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析,随温度增加,声辐射力逐渐减弱,这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系,超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性,这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析,为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。     

Effect of forces on dynamic metal transfer behavior of cable-type welding wire gas metal arc welding

A cable-type welding wire (CWW) gas metal arc welding (GMAW) method was proposed as a novel approach, using CWW for the consumable electrode. Droplet transfer influences the welding process, and the forces on the droplet were analyzed to elucidate the metal transfer phenomenon observed during the welding process. The effects of the arc pressure, rotating force, and welding parameters were analyzed to understand the metal transfer. The special structure of the CWW affected the arc characteristics and forces during metal transfer as part of the welding process. The droplet formed by droplets from each thin wire, the arc, and electromagnetic forces on droplet formation and the coupling process were analyzed. The arc pressure and rotating forces are beneficial to metal transfer and increase the droplet transfer frequency. The droplet size decreases with increasing welding parameters.     

波控短路过渡CO_2焊接恒频自适应控制系统

针对短路过渡ＣＯ２焊接工艺的特殊性,基于熔滴与熔池短路阶　段电源输出回路电阻的变化特征,确定了有利于消除瞬时短路及提高熔滴过渡规则性的焊接　电源输出电流波形。在对短路过渡频率及焊丝伸出长度进行实时检测的基础上,采用ＭＣ６８ＨＣ　１１Ａ１单片机为主控ＣＰＵ,　建立了焊丝伸出长度变化前馈补偿—短路过渡频率负反馈控制的波控短路过渡ＣＯ２焊接恒频自适应控制系统,以提高焊接工艺过程的稳定性、抑制焊丝伸出长度变化对焊接工艺过程的扰动。     

面能量对激光—电弧复合焊接焊缝及熔滴过渡的影响

引入面能量的定义,从激光功率、电弧参数和焊接速度等方面来研究面能量的变化对焊缝熔深、熔宽、焊缝成形系数和熔滴过渡的影响,试图建立激光能量与电弧能量之间的最佳配比关系以及面能量与熔深的定量关系。采用高速摄像系统观测熔滴过渡模式和等离子体形态的变化,并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像;利用激光共聚焦显微镜观察焊缝形貌,并测量焊缝熔宽、熔深等数据。试验研究发现:激光与电弧两热源之间存在最优匹配范围;电弧电压与焊接电流之间存在U(15 1)0.05I的关系式;焊接速度的降低与焊缝熔深的增加并非线性关系,可选择的焊接速度是一个区间,该区间内存在一个最佳的焊接速度,并对应一个最佳的面能量。因此,在具体的激光—电弧复合焊接中,需要根据板厚、接头形式等确定激光与电弧的能量参数,选择合适的面能量。