双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺

在介绍了双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊(双丝旁路耦合电弧(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW))高效焊接工艺原理的基础之上,采用双闭环反馈解耦智能控制系统,进行双丝旁路耦合电弧GMAW高速焊接工艺试验,测量双丝旁路耦合电弧GMAW母材热输入,分析双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺机理,并对双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺方法进行改进,进一步研究混合气体保护下的双丝旁路耦合电弧GMAW及其熔滴过渡行为,且开发出单电源双丝旁路耦合电弧GMAW。研究表明:采用双闭环反馈解耦智能控制系统使双丝旁路耦合电弧GMAW焊接过程稳定性更好、精确度更高且响应速度更快;旁路分流是实现高效焊接的同时降低母材热输入的关键;采用混合气体保护下的双丝旁路耦合电弧GMAW能进一步提高焊接过程稳定性,单电源双丝旁路耦合电弧GMAW能形成良好的焊缝成形,且设备成本低。     

单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊智能控制研究

提出单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊方法,采用特定的连接方法独立控制通过焊丝与基材的电流;引用逆向求解算法;搭建用来描述焊接过程中参数变化的数学模型。由于熔化母材的焊接电流易在主路电流和其他焊接条件变化时产生波动,提出利用改变旁路送丝速度调节旁路焊丝的熔化电流,实现控制母材电流的控制方案并进行仿真与试验。试验结果表明:单焊接电源的双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊能够同时兼顾高熔敷率与基材低热输入的焊接;搭建的数学模型能够描述不同焊接参数的变化;利用提出的智能控制方案及算法,有效地解决了母材焊接电流易波动的问题,达到了焊接过程稳定性的控制,同时得到了成形良好的焊缝。     

双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊过程模拟及控制

采用等效电流路径的方法建立双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊耦合电弧的动态数学模型,模拟表征焊接过程稳定性的电流、净干伸长信号的变化,得到与实际焊接过程相似的模拟结果。在此基础上,针对焊接过程中耦合电弧形态的剧烈变化会影响焊接过程稳定性与焊接质量的问题,提出通过调节旁路弧长控制耦合电弧稳定性的方案,并利用Matlab/Simulink软件和xPC-target快速原型控制平台,对控制方案进行模拟、分析、预测与试验。结果表明:所建立的数学动态模型能很好地反映双丝旁路耦合电弧高效GMAW焊接过程;模拟分析旁路弧长控制方案可以有效地解决焊接过程稳定性的问题;控制试验实现了焊接过程的稳定控制并获得了成形良好的焊缝形貌,验证了模拟阶段的分析与预测。     

基于视觉反馈的铝合金脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程熔宽控制

文章针对脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊（melt inert-gas welding,MIG焊）焊缝的熔宽控制问题,利用工业摄像机（CCD）高速拍摄获得的焊缝熔宽视觉传感信号作为输入变量,控制输出变量焊机送丝速度进行焊接过程。通过采用LabVIEW组态软件作为上位机软件,设计使用增量式PID控制器,建立了铝合金脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊控制平台,在此基础上利用图像视觉传感技术以及相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方式进行4mm的铝合金钢板的焊接试验。结果表明：采用脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊的方式,利用视觉信号为反馈量,送丝速度为控制量的控制策略可以实现焊接过程熔宽的实时控制,并保证了焊接过程的稳定和焊缝成型的美观度。     

铝合金脉冲MIG焊过程双变量解耦控制

针对铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metalinert-gas welding,MIG)过程中,焊接参数匹配范围窄、参数间耦合作用强、焊接过程不稳定、焊缝成形差等关键问题,提出双变量解耦的控制方案.利用视觉传感同时反馈熔宽和干伸长信号,一方面调整双脉冲占空因数进行可变双脉冲熔宽控制;另一方面,在熔宽控制的同时,改变送丝速度同步控制干伸长,在控制焊缝成形的同时保证焊接过程的稳定.设计模糊PID控制器,采用基于xPC的实时目标环境,建立铝合金脉冲MIG焊快速原型控制平台,在此基础上,利用图像视觉传感和相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方法进行双变量解耦控制试验,获得了良好的解耦控制效果,得到熔宽均匀的焊缝.结果表明,采用双变量解耦的控制方案能够实现铝合金脉冲MIG焊过程的控制,在保证焊接过程稳定的基础上,实现了良好的焊缝成形.     

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。     

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。     

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.     

焊接电流影响GMAW双丝焊电弧等离子体的数值模拟研究

基于电磁学理论和流体力学理论,建立熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)双丝焊焊接电弧等离子体三维数学模型,利用流体力学软件Fluent对其进行求解。重点研究焊接电流对GMAW双丝焊电弧等离子体行为的影响规律,获得了电弧温度、电流密度、热通量、磁场分布等结果。研究发现,随着焊接电流的变化,电弧等离子体形状变化显著。随着焊接电流的增大,电弧最高温度和电弧偏转角随之增大,电流密度和工件表面热通量由双峰分布转变为单峰分布,并且热通量峰值随焊接电流的增大而增大。此外,随着焊接电流的增大,磁感应强度和磁场力随之最大,磁场分布由独立两个磁场向耦合磁场转变。为有效、定量地证明模拟结果准确性,开展焊接试验,利用高速摄像监测电弧行为,利用光谱测温测量电弧温度。结果表明模拟结果同试验结果吻合良好,研究结果为合理选择GMAW双丝焊焊接电流参数提供理论依据。     

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。     

Prevention of humping bead associated with high welding speed by double-electrode gas metal arc welding

Manufacturing productivity can be improved by increasing the welding speed. However, humping bead will occur when welding speed is beyond a certain value. An experimental system of double-electrode gas metal arc welding (DE-GMAW) was developed to implement high speed welding and prevent from humping bead formation. The DE-GMAW appropriately partition the heat energy between the wire and the base metal so that higher deposition rate of filler wire and suitable shape and size of weld pool are ensured. The arc images captured during DE-GMAW process were used to optimize the geometric parameters between the gas tungsten arc welding and the gas metal arc welding (GMAW) torches. The main arc and bypass arc integrated well and satisfactory weld bead formation was obtained. Through observing the weld pool behaviors from side view during DE-GMAW process, it was found that the height of both solidified and molten region at the pool tail is almost flat so that no humping bead was formed during DE-GMAW with the welding speed up to 1.7?m/min. The side view images of weld pool in DE-GMAW were compared with those in conventional GMAW, and the reason why DE-GMAW can suppress humping bead is shortly discussed.     

基于旁路耦合电弧的铝钢MIG熔钎焊研究

实现铝钢良好连接的关键是有效控制焊接热输入,尽量降低中间层铝铁金属间化合物的厚度,一般认为中间层金属间化合物厚度小于10μm时铝钢接头质量良好。提出旁路耦合电弧熔钎焊方法,通过调节旁路电弧电流的大小来控制焊接热输入。在优化控制系统和工艺参数的基础上采用脉冲旁路耦合电弧焊方法将铝镁合金ER5356堆焊到304不锈钢板上,获得结合良好的焊缝。对焊接接头进行扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散光谱仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析,结果表明:铝与不锈钢焊接接头中间层金属间化合物平均厚度约为8μm,小于10μm的临界厚度;脉冲旁路耦合电弧焊方法能够实现铝钢的连接,是一种新型低成本低热输入电弧焊方法。     

Some investigations on microstructure and mechanical properties of submerged arc welded HSLA steel joints

This paper investigates the influence of the submerged arc welding (SAW) process parameters (welding current and welding speed) on the microstructure, hardness, and toughness of HSLA steel weld joints. Attempts have also been made to analyze the results on the basis of the heat input. The SAW process was used for the welding of 16 mm thick HSLA steel plates. The weld joints were prepared using comparatively high heat input (3.0 to 6.3 KJ/mm) by varying welding current (500–700 A) and welding speed (200–300 mm/min). Results showed that the increase in heat input coarsens the grain structure both in the weld metal and heat affected zone (HAZ). The hardness has been found to vary from the weld centre line to base metal and peak hardness was found in the HAZ. The hardness of the weld metal was largely uniform. The hardness reduced with the increase in welding current and reduction in welding speed (increasing heat input) while the toughness showed mixed trend. The increase in welding current from 500 A to 600 A at a given welding speed (200 mm/min or 300 mm/min) increased toughness and further increase in welding current up to 700 A lowered the toughness. Scanning electron microscopy of the fractured surfaces of impact test specimen was carried out to study the fracture modes. Electron probe micro analysis (EPMA) was carried out to investigate the variation in wt.% of different elements in the weld metal and HAZ.     

TIG电弧预热辅助铝-铜超声波缝焊工艺研究

对1 mm厚铝-铜TIG电弧预热辅助超声波缝焊试验进行了研究,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析等技术分析了不同TIG电流对焊缝成形、界面温升、界面形貌以及力学性能的影响。结果表明,TIG电弧预热可以软化板材,有助于高频振动能量的传递,为得到良好的缝焊接头提供条件。在TIG电弧预热和纯铝夹层的共同作用下,界面处温度最高可达446℃。当TIG电流较小时,电弧预热不充分,焊接界面处起伏比较平缓,局部区域出现未连接现象,拉剪试件在铝铜界面处断裂;当TIG电流增大到30 A时,在电弧热和高利用率的高频振动能的作用下,界面塑性流动程度提高,界面处出现"嵌合"、"连续凸起"等典型形貌,EDS分析显示界面未出现金属间化合物,拉剪试件断裂在紫铜母材上,最大拉剪力为2.58 kN。     

高速旋转电弧传感器的数学模型

以气保护焊接系统的数学模型和HALMOY焊丝熔化模型为基础,对高速旋转电弧传感器进行数学建模。利用该数学模型模拟焊接电流、弧长和焊丝伸出长度随时间的变化规律。实际焊接试验显示,模拟焊接电流与实际焊接电流波形高度吻合,说明建立的数学模型是准确的。结果表明,高速旋转电弧焊接时,弧长的变化较焊丝伸出长度的变化更为显著。利用每个电弧旋转周期内左半周与右半周平均电流值的差,可以判断焊枪的偏差量及其方向,同时还可根据平均电流值的大小来检测角接终止点。所建立的模型对于高速旋转电弧传感系统的设计具有指导意义。     

A novel DE-GMAW method to weld steel tubes on simplified condition

A novel double-electrode gas metal arc welding method to weld steel tubes was investigated in this paper. The new method combines two welding torches and current sensors with welding position and angel design. In addition, a new control system was designed to improve the quality of welding seams. Experiments showed that different positions of main torch and bypass torch had different influence on welding quality. With bypass arc voltage at 35?V and suitable main welding feeder speed (WFS) at 10.2?m/min (400?in/min, 195?A), double arcs were ignited well and metal transfer was in spray mode. When the bypass WFS was at 8.9?m/min (350?in/min, 195?amps), welding seam formation and welding seam penetration were good. High-speed photos had been provided to prove the experimental results.