焊剂片约束电弧焊接三明治板熔滴过渡与熔池波动研究

针对焊剂片约束电弧(FBCA)焊接高强钢三明治板熔池研究难点,采用侧边贴敷耐高温石英玻璃片方法,采集焊接动态过程信息,实现熔池边缘曲线的提取与特征参数的计算,研究不同参数下熔滴过渡模式及熔池边缘曲线波动情况,分析熔池振荡角与焊接稳定性及焊缝成形之间的关系。结果表明：不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、粗滴过渡、排斥过渡、细滴过渡、射滴过渡、弧桥并存过渡六种过渡方式,对芯板内熔池边缘波动的影响依次减弱;随着熔池振荡角变化,熔池边缘曲线形状存在混合U形、深U形及浅U形,电弧燃烧稳定性依次增强;当焊接处于弧桥并存过渡模式、熔池边缘曲线为浅U形时,电弧稳定燃烧,电弧力作用均匀,焊接过程稳定,焊缝质量最好。     

熔池形态对铝-铜激光焊接头组织和性能的影响

对T2紫铜板、2A16铝合金板进行激光熔化焊和熔钎焊试验,分析接头的力学性能,并研究其微观组织及界面形貌,阐述熔池形态对接头组织和性能的影响.结果表明:采用激光熔化焊时得到熔化焊熔池,当焊接线能量Q=1160 J/cm时,其界面层由Al4 Cu9+Al2 Cu化合物和(α-Al)+(θ-Al2 Cu)共晶组织组成,总厚度为60.9μm.采用激光熔钎焊时得到熔钎焊熔池,当Q=1466.67 J/cm时,接头抗拉强度为274.25 MPa,相比熔化焊接头提高了280.9％,其界面层由CuZn5和Al2 Cu化合物组成,总厚度为10.23μm.接头接触界面的互扩散系数(D熔化焊>D熔钎焊)和不同熔池形态下的环形对流共同影响了IMC层厚度,从而决定了接头的性能.     

TIG焊接时熔池外激振荡与熔透的关系

用脉冲电流冲击熔池,使熔池产生有规律的振荡,造成孤长和电弧电压有规律的变化,检测电弧电压变化量及其变化规律,发现熔池振荡频率与熔池尺寸有一定的对应的关系。本文介绍了能产生冲击电流的晶体管电源及熔池振荡信号检测系统。研究了电弧参数如弧长、脉冲电流幅值,脉冲电流持续时间等对产生熔池振荡的影响。研究了熔池振荡特性与熔池尺寸的关系,发现随着熔池上面和背面宽度的增加,熔池振荡频率下降,找出了不同板厚熔池尺寸与其振荡频率的关系,把熔池振荡特微做为熔透控制信号,是一条可行的途径。     

薄板TIG焊熔池谐振法熔透自适应控制

在直流电流上附加正弦波焊接电流,诱发熔池金属振荡,通过电弧电压检测熔池谐振信号,此谐振信号与熔池尺寸有良好对应关系。实验研究了影响熔池谐振信号产生的电弧因素,通过建立以直流变动电流电源、步进电弧、微计算机数据采集和反馈控制为主体的焊接熔透控制系统,实现了薄板对接焊缝熔宽的实时控制,获得良好焊缝成形。在有意识地改变外部影响因素条件下,取得了满意的自适应控制效果。     

双丝单弧气保焊熔滴过渡及焊缝成形

双丝单弧气保焊是一种新型熔化极焊接方法,系统由单电源、单送丝机构和单焊枪组成,双丝共用一个具有两孔的导电嘴,单电源通过导电嘴同时向双丝输出电流形成单个电弧,双丝末端熔滴相互吸引形成共熔滴并稳定过渡到熔池。采用高速摄像、信息同步采集及焊接电源等装备,开发双丝单弧气保焊熔滴过渡试验系统,研究了不同焊接电流参数对熔滴大小、过渡行为及焊缝形貌的影响,并阐明了双丝单弧气保焊熔滴过渡机理。结果表明：随着焊接电流的增大,熔滴过渡形式依次为多脉一滴、一脉一滴、射流过渡和潜弧射流过渡四种模式,过渡频率逐渐增大,熔滴体积逐渐减小。焊缝形貌研究表明,随着焊接电流增大,焊缝熔深逐渐增大,熔宽先增大后减小,当焊接电流为570 A时,焊缝截面成形质量最佳,此时熔敷速度为15.8 kg/h。     

GMAW焊接熔池的流场及其对熔池形状的影响

采用数值分析方法研究了ＧＭＡＷ焊接熔滴状,射流过渡时焊接池的流场,分析了流场对熔池形状的影响。实验表明,焊缝尺寸的计算值和实测值吻合良好,建立的数值分析模型可精确地模拟ＧＭＡＷ焊接熔池的流场,这对控制焊接成形,提高焊接质量具有重要意义。     

CO2气体保护焊短路过渡控制技术的研究现状与展望

CO2气体保护焊因成本低、生产率高等特点,广泛应用于制造业。随着制造业节能减排的需求日益增加及汽车轻量化概念的推广,制造业对薄板焊接的要求不断提高,传统的焊接方式已不能满足其要求。CO2短路过渡焊相对于传统的焊接方式(钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、激光焊等),具有高热稳定性、低热输入、低熔深等特点,但其焊接飞溅大、焊缝成形差,从而限制了其广泛应用。CO2短路过渡焊接过程是由燃弧阶段与短路阶段组成的复杂的非线性时变系统,熔滴过渡过程决定了焊接过程的稳定性与焊缝成形的优劣。燃弧阶段熔滴在电磁收缩力、表面张力、等离子流力、金属蒸发反作用力等多种力的共同作用下长大并与熔池接触短路,同时形成稳定液桥。短路阶段,液桥在表面张力、电磁收缩力和粘滞力的作用下形成缩颈并断开。燃弧阶段的熔滴尺寸、振荡特性,短路阶段熔池的振荡特性、峰值电流都对熔滴过渡稳定性有十分重要的影响。针对短路过渡焊飞溅产生机制的研究表明,熔滴、熔池的氧化还原反应、短路前期产生的瞬时短路和短路末期液桥电爆炸是导致焊接过程不稳定及产生飞溅的主要因素。国内外众多焊接研究者针对CO2短路过渡焊熔滴过渡过程及控制技术进行了大量的研究与探索,研究工作主要分为四个方向:焊接材料成分的优化,基于焊接电源输出电信号的熔滴过渡建模及控制,基于视觉传感技术的熔滴过渡控制和基于磁控技术的CO2短路过渡焊接技术。活性焊丝和药性焊丝的推广可有效降低焊接飞溅;波控技术及衍生的CMT技术在使用小电流参数焊接时取得了优异的焊接效果;中、小电流参数条件下,磁控焊接技术可有效解决焊接飞溅和成形差问题。本文从焊丝、电源、外加磁场形式和工艺四个方面综述了国内外CO2气体保护焊短路过渡控制技术的研究现状,首先分析了CO2短路过渡焊焊接飞溅的产生机理,其次介绍了典型的CO2气体保护焊短路过渡控制技术的原理、特点和局限性,分析了不同短路过渡控制技术的特点,最后阐述了目前短路过渡控制技术在研究和应用过程中存在的问题及解决办法,并对该领域下一步发展趋势进行了展望。     

等离子弧焊接熔池和小孔形成过程数值分析

目的 研究等离子弧焊接穿孔过程中熔池内部的金属流动情况和小孔动态变化过程。方法 通过“传热-熔池流动-小孔”之间的相互耦合关系,建立了等离子弧焊接穿孔过程的数值分析模型,通过VOF方法追踪了小孔界面,采用FLOW-3D软件模拟了等离子弧焊接熔池和小孔的形成过程,定量计算了等离子弧焊接温度场、熔池流场及小孔形状;分析了等离子弧焊接熔池和小孔行为;并通过等离子弧焊接实验数据验证了模拟结果。结果 当焊接时间为0~1.0 s时,小孔深度曲线与熔深曲线几乎相同,小孔底部紧贴熔池底部;在2.8 s以后,小孔深度曲线与熔深曲线有一定距离,小孔深度曲线在一定范围内波动,等离子弧焊接电弧挖掘作用到达极限,电弧压力与其他力达到平衡状态。模拟的焊缝熔深为8.04 mm、熔宽为13.20 mm,实验测得的焊缝熔深为8.00 mm、熔宽为13.42 mm。结论 构建的随小孔动态变化的曲面热源模型和电弧压力模型可以描述等离子弧焊接过程中的电弧热-力分布;模拟出了等离子弧焊接熔池和小孔动态演变过程;模拟得到的等离子弧焊接焊缝形貌与实验测得的焊缝形貌基本吻合。     

双丝埋弧焊工艺焊接温度场模拟分析

采用MSC.Marc软件对16 mm厚的E36钢板双丝埋弧焊接温度场进行了数值模拟,系统地分析了焊接速度、双丝间距对焊接温度场形貌的影响,并分析了不同焊接速度下双丝间距对熔池形状、HAZ高温区宽度的影响规律。研究表明,热输入一定时,当焊速增至120cm/min时,双丝间距为50 mm的熔池由分离变为共熔;随着焊速的提高及双丝间距的增加,熔池深度变浅、熔宽变窄,HAZ高温区宽度变窄,实际焊接时可能出现"脊背"现象,需重新调整热输入。     

板对接仰位单面焊双面成型技术

板对接仰位手工电弧单面焊双面型技术操作难度较大,焊接时由于熔池倒悬在焊件下面,受重力作用而下坠,同时熔滴自身的重力不利于熔滴过渡,且熔池温度越高,表面张力越小,很容易在焊件正面出现焊瘤,背面出现凹陷。本文重点对它的焊前准备,焊接工艺参数,焊接操作方法 ,进行讲解。     

GTAW焊接过程声音信号的分析

研究分析钨极氩弧焊（GTAW）时焊接气流,焊接速度,电弧长度和声音信号采集角度对采集到的声压信号的影响。结果表明：速度对声压影响最小;焊接声音随气体流增加而增加,当流量大于15L／min,声压信号趋于恒定;电弧长度在3．5—5mm之间时,声压随弧长变化显著,当超过5mm时变化不明显;声压随麦克风采集角的增加而增加,当大于60°时声压值变化不大,焊接声压强度在空间的分布近似于声源模型中的偶极子模型。     

电弧增材制造成形工艺影响因素研究

采用Ti6321A焊丝进行电弧增材制造,研究了焊枪姿态和摆动参数等工艺因素对成形的影响。结果表明,不同的焊枪角度对增材制造焊缝堆焊成形形貌具有显著的影响,当焊枪姿态由推焊变化到拉焊时,焊缝熔宽减小,余高变高,即焊缝表面铺展能力减弱;焊缝熔深在焊枪垂直时达到最大值。焊枪摆动会使增材制造表面呈现纹路特征,纹路之间的宽度直接由摆长参数决定,摆宽对焊缝熔宽有显著影响,呈近似线性关系。     

Optimization of Plasma Arc Welding Parameters by Using the Taguchi Method with the Grey Relational Analysis

The optimal parameters process of plasma arc welding (PAW) by the Taguchi method with Grey relational analysis is studied. The Grey relational grade is used to find optimal PAW parameters with multiple response performance characteristics. The welding parameters (welding current, welding speed, plasma gas flow rate, and torch stand-off) are optimized with consideration of the multiple response performance characteristics (the penetration of root, the weld groove width, and the weld pool undercut). As a result, the improvement percentage of the Grey relational grade with the multiple performance characteristics is 31.8%. It is shown that the multiple response performance characteristics are greatly improved through this study.     

半球体焊接熔池弹性波动力学理论的研究

采用弹性体力学理论,对焊接熔池波动力学进行了探讨。建立了焊接熔池波动方程。证明了波动方程解的稳定性,并获得了波动方程的通解。通过有限差分法求解了焊接熔池波动频率与焊接熔池半球体半径R之间关系的数值解。为实时检测焊接熔深变化提供了一种有效方法,采用1Cr18Ni9Ti的试验结果与理论计算结果吻合良好。     

焊接熔池中元素分布规律及其影响因素的研究进展

焊接过程中焊接熔池内部的流体流动传热过程对熔池的形状、气体及夹杂物的吸收、聚集和逸出等影响很大,尤其影响元素在熔池中的分布。研究发现,熔池内流体主要受表面张力、浮力和电磁力的作用,其中表面张力对熔池形状起主导作用;焊接热输入、功率、焊接速度均对焊接熔池的形成有不同程度的影响。在焊接过程中,不同材料在交界处会发生元素互扩散,不同的元素扩散系数相差较大,而同种元素在不同扩散深度处的扩散系数却相差不大。由于焊缝中元素分布是否均匀直接关系到焊接接头的质量,因此元素在熔池熔化过程中具体的扩散形式以及在熔池凝固后元素的偏析情况是未来的研究热点。     

核用小直径传热管自动化衬管焊接系统的研制

目的 针对核用小直径传热管长期服役于高温高压环境时易产生表面腐蚀缺陷等问题,研制一套自动化衬管焊接系统,以高效修复腐蚀传热管,并验证该焊接系统的可行性。方法 采用以STM32F405RGT6微处理器为控制核心、植入FreeRTOS实时操作系统的方式设计了一款焊接控制系统;以微型TIG焊枪为执行机构、数字化焊接电源为功率输出设备,研制了一套自动化衬管焊接系统;最后以304不锈钢管为试样进行了衬管脉冲焊接试验。结果 焊接试验过程稳定,无断弧现象,得到的焊缝衬管完全焊透,基管适度熔透,焊缝成形良好。可通过调整基值电流、峰值电流、脉冲频率和占空比等参数调控焊接热输入,获得优质的焊缝。结论 研制的微型焊枪可适应传热管内部的狭小焊接工况;焊接电源能够满足焊接过程中的能量需求,提高了焊接过程的动态响应能力;焊接控制系统在硬件和软件层面上实现了焊枪和焊接电源的宏观调度,能够对焊接波形进行精细化调控。所研制的衬管焊接系统各项性能优秀,满足压水堆核用蒸汽发生器水箱内不锈钢传热管内衬管焊接高质量修复的需求。     

多元气体大电流MAG焊试验系统

本文研制开发了一套多元气体大电流MAG焊试验系统 ,它包括一元化控制的IGBT逆变电源 ,电枢电压与速度反馈双闭环控制的双驱动送丝系统 ,双水冷焊枪以及质量流量闭环控制的精密气体配比供给系统。多元气体大电流MAG焊接试验证明 ,该系统具有焊接电源动态响应速度快 ;送丝速度稳定 ,调速范围宽 ,气体配比精密的特点 ,实现了1.2mm焊丝大电流MAG焊接高效的目标 ,其熔敷速率为普通MAG焊的2～ 3倍。     

Hybrid Friction Stir Welding of High-carbon Steel

A high-carbon steel joint,SK5(0.84 wt% C),was successfully welded by friction stir welding(FSW),both without and with a gas torch,in order to control the cooling rate during welding.After welding,the weld zone comprised gray and black regions,corresponding to microstructural variation:a martensite structure and a duplex structure of ferrite and cementite,respectively.The volume fraction of the martensite structure and the Vickers hardness in the welds were decreased with the using of the gas torch,which was related with the lower cooling rate.     

Tri-Arc与Tandem双丝电弧焊的工作原理对比分析

目的 介绍一种称为Tri-Arc的新型双丝电弧焊接方法。方法 将Tri-Arc双丝电弧焊与应用较广的Tandem双丝电弧焊的系统构成和焊接电流波形进行对比分析。结果 Tri-Arc和Tandem两种双丝电弧焊接方法所使用的双丝焊枪相近,双电源相位同步控制和U/I脉冲控制方式类似。Tri-Arc和Tandem两种双丝电弧焊接方法的差异在于:Tandem双丝电弧焊的2个电弧是相对独立的,而Tri-Arc双丝电弧焊的2个电弧是相互耦合的,因此Tri-Arc双丝电弧焊又具有旁路耦合电弧的某些特点。结论 这种新型的Tri-Arc双丝电弧焊不仅具有与Tandem双丝电弧焊一样的高焊丝熔敷率,而且具有比Tandem双丝电弧焊更低的焊接热输入。