内孔等离子弧焊接的研究

本文介绍了研制的小直径钢管、管子-管板内孔等离子弧焊枪,可以得到与焊枪轴线成任意角度的等离子弧,为设计制造小型等离子弧焊枪提供了一条新的途径。使用研制的焊枪对内径大于12毫米的管子,成功地进行了内孔对接和内孔角接接头的焊接,接头质量良好。内孔等离子弧焊具有钨极寿命长、氩气消耗少等优点,是内孔焊的一种经济的新方法。     

等离子弧粉末喷焊内表面技术的研究

设计并研制了深内孔等离子弧粉末喷焊枪，该枪具有在高温下连续稳定工作的优异性能。论述了内孔喷焊装置的设计原则，并提出了两种规格机筒喷焊的最佳规范。     

喷嘴结构形式对等离子弧焊枪性能的影响

一、导言就目前情况来看,要扩大等离子弧焊接工艺的应用范围,有两个主要问题必须解决。一是随着被焊材料厚度的增大焊接规范域变窄,特别是在焊接厚度>6毫米时,焊接规范参数(离子气流量、焊接电流等)稽微变化即会导致未焊透或烧穿;一是焊接环形件时,收弧处容易产生气孔。这两个问题是与等离子弧焊枪的性能密切相关的;而焊枪性能的优劣,关键在喷嘴的结构型式和尺寸。     

中国机械工程学会焊接学会第四届学术会议论文文摘选登(五)

铝合金等离子弧焊接的研究——反极性等离子弧小孔焊本文用反极性等离子弧对中厚度铝合金板单面焊反面自由成形进行了研究。设计了水冷铜电极等离子弧焊枪,研究了中等厚度铝合金板反极性(电极为正极)等离子弧小孔焊的特点、成形规范和各种工艺因素的影响。采用水冷铜电极的反接等离子弧小孔焊电弧稳定,能有效破除铝氧化膜,在焊缝边缘有很宽的阴极清理区,背面焊道也能良好成形。但为了得到不起皱的光滑背面焊道和防止气孔,需加背面保护。焊缝横断面形状与正极性等离子弧焊接不同,不是指状(或酒杯状),而是上下宽度较接近的腰鼓形。研究了铝合金反极性等离子弧小孔焊的主要焊接参数:电流、离子气流量、焊接速度间的相互关系,找出了小孔焊     

P—M焊新焊枪和起弧方法

研制了一种等离子阳极在焊炬内部的P—M焊枪,为避免采用高频及减少飞溅,使用了一种软起弧装置。在电离气体包围中的MIG焊(例如P—M焊),对焊枪有特殊要求,既要给焊丝传输电流,又要为焊丝周围的等离子弧传输电流。产生等离子的阳极是焊枪的一部分,焊枪直     

大功率等离子弧焊接系统及工艺研究

大功率等离子弧焊接系统主要包括大功率等离子焊枪、等离子电源、等离子控制器、行走装置及控制系统等部分;其负载持续率为100%时,焊接电流最大为350 A;该系统适合10 mm以下各种厚度的不锈钢的"穿孔型"和"熔透型"焊接,能够实现单面焊双面成形。     

铝合金VPPAW穿孔焊接匙孔闭合处的微观组织与力学性能

铝合金因其密度低,比强度高等特性,被广泛应用到航空航天、军事工业等领域.与其他焊接工艺相比,变极性等离子弧焊接在大型铝合金结构件加工方面具有突出优势.针对轻金属合金等离子弧焊接过程中匙孔难以自由闭合的问题,提出了气电分离时序脉冲等离子弧环焊缝收弧方法,对比研究了环焊缝收弧方法与手工钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding, TIG焊)填补法焊缝匙孔闭合处的微观组织与力学性能.结果表明,通过调节焊接起弧、收弧策略,实现了等离子弧匙孔自由闭合,焊缝收弧区成形良好,组织为均匀的等轴晶;抗拉强度为329.9 MPa,断后伸长率为16.3%,比TIG填补法的抗拉强度提高了22.91%,断后伸长率提高了55.24%.平均硬度值为78.9 HV0.2,热影响区硬度呈下降趋势,熔合线处硬度呈升高趋势,焊缝区硬度波动范围为75～81 HV0.2.     

等离子-MIG焊的研究进展

等离子-MIG焊是一种复合电弧焊接方法,具有较好的工业应用前景,目前已经引起国内外相关研究人员的重视.等离子-MIG焊是将两种不同焊接工艺——等离子弧焊和MIG焊的热源复合在一起,从而实现优势互补,提高焊接的效率和质量.介绍了国内外等离子-MIG焊的研究进展;分析了等离子-MIG焊的原理和特点;介绍了等离子-MIG焊接设备及其在国内外的应用,等离子-MIG焊接设备的结构和系统,等离子-MIG焊枪.最后针对当前等离子-MIG焊的应用前景,提出了复合焊接技术的研究方向.     

基于多信号检测的等离子弧焊接平台构建

焊接过程的准确检测是实现高效优质焊接的基础。实现等离子弧焊接过程的多信号检测对于指导等离子弧焊接工艺具有重要意义。文中搭建了基于多信号检测的等离子弧焊接平台,该等离子弧焊接平台包括等离子弧焊机和焊枪系统、机械运动机构、视觉检测系统、焊接过程监测系统、计算机控制系统等;通过视觉检测系统拍摄了等离子弧焊接电弧形态,测量出了喷嘴出口处的电弧直径与工件上表面电弧直径比值为0. 64,证实了等离子弧焊接电弧挺度高,发散程度小;通过焊接过程监测系统,拍摄了焊缝温感扫描图,在线实时监测了等离子弧焊接焊缝成形,结果表明温感扫描图可以比较准确地反映等离子弧焊接的实际焊缝成形。     

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.     

Measurement method of the arc welding current and voltage

Plasma arc welding can realize high-speed welding, deeper weld penetration and, furthermore, smaller thermal distortion. For these reasons, plasma arc welding is employed for keyhole welding. However, it has been pointed out that it is difficult to obtain the stability of the welding. In this study, we have developed a unified plasma arc welding model for analysing the welding mechanism and influence of the torch design and operation conditions of the arc on the welding process. In this paper, the keyhole welding of a thick aluminium plate employing the plasma arc was numerically analyzed for clarifying the mechanism determining the keyhole size which is important for improving the stability of the process. As a result, it was found that the keyhole size is determined mainly by a force balance between the surface tension of a weld pool and metal vapour pressure.     

低碳钢等离子-TIG耦合电弧高效复合焊接工艺性能分析

针对低碳钢材料焊接效率低的问题，提出了等离子-TIG耦合电弧焊接方法，通过设计集约化枪体结构促使等离子和TIG电弧在电磁力作用下实现稳定耦合，优化复合焊接热源特征，并研究了电弧形态、焊缝成形和力学性能.结果表明，等离子-TIG耦合电弧具有优异的深熔焊接特性，相对于等离子和TIG焊接方法具有更加合理的深宽比，且对熔滴、熔池有震荡搅拌效果，促使晶粒细化，并降低熔合区联生结晶倾向.使用5 mm厚Q235B钢板进行对接试验，实现了稳定的单面焊接双面成形，焊缝美观无缺陷且抗拉强度优于母材.     

焊枪末端受扰响应分析及其共振研究

焊接机器人工作中不可避免地产生电弧力,一定程度上影响了焊接稳定性。针对这一问题,首先在SolidWorks中搭建3R焊接机器人模型进行仿真,分析焊枪在焊接工作中受电弧力的影响来揭示其焊接过程的动力学特性,探索末端焊枪作业稳定性与焊接区电弧力之间响应关系,并结合复杂多变的工况,选取多组不同大小、性质和频率的电弧力进行分类仿真,找到不同的干扰电弧力与焊枪运动稳定性之间的关联。研究表明:不同大小、不同性质和不同频率的电弧力对焊枪的扰动均存在一定规律,且频率的改变尤为突出;通过进一步频率的细化分析,发现当焊接电源频率趋于20 Hz时,焊枪抖振异常剧烈,发生共振现象。研究结论为避免焊枪异常共振提供了一定的参考。     

Plasma welding of thin plate

The plasma arc has a large arc force (regarded as the plasma force) and keyhole welding is generally performed by the formation of a small hole at the weld pool of a butt joint by making use of this plasma force. Under these circumstances, due to the small footprint area of the plasma heat source and welding by the formation of a keyhole, there is little melting at the joint zone and welding with a narrow bead width becomes feasible. Recently, a new type of plasma welding process has been proposed such that the welding tungsten electrode tip is brought close to the tip of the cooling chip and keyholeless welding is performed, similarly to TIG welding and this process has been made practicable.¹ This process solves the disadvantages of keyhole welding while retaining the advantages of plasma welding and is capable of meeting the requirements of high speed welding. However, it is difficult to apply either method to fillet joints where keyhole formation is difficult due to the problems of the large plasma force and the torch structure. In either case, the large plasma force due to the plasma passing through the cooling chip small hole is surmised to be intimately associated with the weld morphology due to plasma welding.     

磁控Plasma-FCAW水下复合焊工艺焊缝成形分析

磁控等离子-药芯焊丝电弧复合焊（plasma-flux cored arc welding,Plasma-FCAW）作为一种新型水下高效焊接方法被提出,通过特殊焊炬结构设计实现了两种独立焊接工艺的优势互补. 针对复合焊接工艺中由于电源极性不同引起的电弧排斥问题,设计了外部磁场用于调控两个电弧间的耦合程度,并研究了主要工艺参数对Q355B钢水下焊缝成形及其截面几何特征的影响. 结果表明,施加的外部磁场能够有效改善复合焊接过程及焊缝成形的稳定性;药芯焊丝电弧焊（flux cored arc welding,FCAW）电压对水下复合焊接过程稳定性具有显著影响;等离子电流和FCAW电弧电压对焊缝熔深影响较大且等离子电流与熔深间呈近似线性关系;相比于水下FCAW工艺,复合焊工艺焊接熔深提升超过40%,具有更高的焊接效率和焊接稳定性.     

Shape control of TIG arc plasma by cusp-type magnetic field with permanent magnet

The shape of arc plasma in gas-shielded arc welding is an important factor for the quality and efficiency of the welding. The arc plasma changes its shape by an external magnetic field because the arc is a flow of electricity and is subjected to the electromagnetic force. In this study, we examined the control of arc plasma by a cusp-type magnetic field. The field produces a high and low magnetic area alternatively, and changes the cross-section of the arc plasma from a circular to an elliptical shape. The previous study using solenoid coils to produce a cusp-type magnetic field reported that magnetized arc plasma provided deeper penetration. However, the solenoid device developed for the cusp magnetic field was too large in comparison with the size of the welding torch used for production welding. Therefore, this study investigated the magnetic control of arc plasma with permanent magnets that have recently become smaller in size and higher in intensity. Theoretical analysis model was constructed to determine the optimum arrangement of the magnets. This analysis requires a three-dimensional numerical model because the temperature-, velocity-, and electromagnetic fields of arc plasma change three-dimensionally by the additional magnetic field. It was analytically and experimentally shown in TIG arc welding that the arc shape could be elliptical cross-section even using the permanent magnets. Furthermore, our analysis showed that the effective magnetization direction of magnets was vertical, and this result was confirmed experimentally. As a result, we obtained the good bead appearance in the high-speed welding with this magnetic control.     

摆动电弧传感的窄坡口GMAW过程系统建模和仿真

为了研究窄坡口对焊接过程的影响规律,根据焊接的能量平衡和熔滴平衡等原理对基于摆动电弧传感的GMAW系统进行数值仿真. 针对焊炬高度的大小随着焊炬在坡口中的摆动不断变化,建立了包括焊炬摆动、电弧长度、电弧非线性负载及弧焊电源-电弧四个子系统的数学模型. 并将此数学模型转换为Matlab/simulink环境下,涵盖整个焊接回路的GMAW系统动态特征仿真模型. 结果表明,当焊接工艺参数相同时,运行系统仿真模型,可以获得和实际焊接试验基本相同的电流、电压波形数据.     

等离子弧-MIG焊丝振荡式复合焊接工艺

针对现有的等离子弧-MIG复合焊接过程中的双弧排斥问题,基于MIG焊丝位移规律性改变提出了一种新型的MIG焊丝振荡与等离子弧共熔池的复合焊接工艺.通过调节MIG焊丝电机转速(振荡频率)和振荡振幅进行了焊接工艺试验.结果表明,随着电机转速(振荡频率0～41 Hz)的增加,等离子弧与MIG电弧排斥减弱,耦合趋势增大.尤其是电机转速为2 000 r/min(振荡频率33 Hz)时,共熔池复合焊接效果较好;MIG焊炬振荡振幅为1 mm时,电弧形状最为稳定,但振荡频率和振荡振幅过大均不利于焊接过程稳定性;MIG焊炬振荡提高了熔滴过渡频率,使焊丝尖部呈现小熔滴过渡,减小了焊接飞溅.对接试验力学性能测试表明,抗拉强度、抗弯强度均随振荡频率的提高呈现先增大后减小趋势,分析认为MIG焊炬振荡具有一定搅拌熔池的作用,有效提高了焊接接头的力学性能.     

镀锌板CMT焊焊缝气孔影响因素及产生机理

镀锌板在车身材料中得到广泛应用，但其熔化极气体保护焊(GMAW, gas metal arc welding)存在气孔缺陷. 从焊接电流模式、焊枪行进倾角、预留间隙、焊接保护气体成分和焊接电流焊接速度匹配等几个方面，研究其对镀锌板弧焊焊缝气孔影响规律及其气孔产生的机理，用X射线探伤对内部气孔进行观察统计. 结果表明，冷金属过渡(CMT，cold metal transfer)焊由于其低热输入，内部气孔少，适合焊接镀锌板；焊枪行进倾角选用后倾焊(焊枪指向待焊区域)为佳；预留间隙可以显著抑制气孔产生；保护气体中加入适量CO₂可以减少气孔；焊接速度加快会减小气孔尺寸，但数量会有所增多.     

薄板机器人自动焊接焊枪三维偏差的有效提取

机器人自动化焊接中焊枪三维偏差的提取是实现自动纠偏的前提.薄板机器人MAG对接焊接中对试件开坡口,试验中利用被动视觉传感器采集焊缝图像.通过调整滤、减光组合使得同一帧图像中出现稳定的电弧区域、坡口边缘线和缝隙接头线.设计有效算法直接提取缝隙接头线.以电弧区域的几何中心反馈焊枪位置,设计有效算法在缝隙接头线上确定焊枪当前跟踪位置,并借助视觉标定技术将其转换为世界坐标.利用用户软件系统从机器人控制系统中获取焊枪在世界坐标系下的坐标及转换后的坐标.结果表明,文中算法可以有效获取焊枪的三维偏差.