铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律

为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律,利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本,通过二次回归方程建立了工艺参数（电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P）与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型,并研究了单个工艺参数对试件成形的影响,经验证发现模型预测效果较好.结果表明,当电弧电流大于106 A时,参数对层宽的影响顺序由大到小为,电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为,电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.     

TIG丝材电弧增材制造铝合金薄壁件层宽层高预测

基于TIG电弧增材铝合金多层单道薄壁件成形过程,采用二次回归通用旋转组合设计建立了焊道宽度、层高与主要工艺参数(焊接线能量、送丝速度、层间温度)的预测模型。研究结果表明:焊道层高与层宽预测值与实验测量值相差较小,焊道宽度的最大误差为3.25%,层高的最大误差为4.76%,均在合理范围内,预测精度较高。在成形过程中,影响焊道宽度的主要因素有焊接线能量和层间温度,且影响程度存在交叉;影响层高的主要因素为送丝速度。     

槽型钢轨与辙叉的超窄间隙焊接

利用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法,通过60层焊道完成了坡口宽度约4. 5 mm的59R2型槽型钢轨与耐磨钢辙叉的焊接。设计了异形截面对接的焊接夹具。实测出焊接过程中的角变形,第4道焊层厚度约13 mm时的角变形最大。当焊层厚度约128 mm之后,不再有明显的角变形;进而得到焊前预置反变形角度为1. 6°～1. 7°,可保证焊后工件的平直度。试验分析了侧壁根部熔宽与焊接工艺参数、坡口宽度的关系,给出了与坡口宽度相匹配的电弧电压和焊接电流。当坡口宽度为4 mm时,合适的电弧电压为23～23. 5 V,焊接电流为215～228 A。     

双相不锈钢堆焊温度场数值模拟

采用有限元方法对2209双相不锈钢堆焊温度场进行了模拟,分析了道间冷却时间、焊接电流、电压及焊接速度对温度场的影响。结果表明,多层多道堆焊时,在道间留足够的冷却时间,可以降低各焊道的峰值温度和高温停留时间,降低后续焊道焊接时导致的温度升高,有利于保持堆焊层的相平衡;后续焊道堆焊时,会导致前面相邻焊道靠近后续焊道侧出现较高温度升高,对前面相邻焊道中心及更远处没有显著影响;多层堆焊时,后一层焊道焊接时,会导致前面一层对应焊道产生较高温升;焊接热输入增加,导致堆焊焊道峰值温度升高、高温区范围扩大,而且对前一道焊道造成的温升增大。     

CMT工艺对铝合金焊道尺寸的影响

冷金属过渡(CMT)技术是铝合金电弧填丝增材的一种新型工艺方法。通过中心复合设计试验方案,基于响应面法建立了以CMT模式(CMT、CMT-P、CMT-ADV、CMT-PADV)为类别变量,以焊接参数(焊接电流、焊接速度)为变量因子,铝合金焊道宽度、高度、接触角为响应值的二次回归模型,分析了焊接工艺参数和CMT模式对焊道宽度、高度和接触角的影响,并对焊接工艺参数和CMT模式进行了优化。结果表明,焊接电流和CMT四种模式对焊道宽度、高度和接触角影响的交互作用显著,而焊接速度和CMT四种模式对焊道宽度、高度和接触角影响的交互作用则不显著。     

AlSi5/镀锌钢CMT熔钎焊微观组织研究

利用CMT焊接技术,以ER4043(AlSi5)焊丝作为填充金属在镀锌钢板上进行表面堆焊试验,在保证AlSi5熔化的基础上,基体仅少量熔化,研究焊接参数对焊道表面成形和截面显微组织的影响。结果表明,采用CMT焊接技术所得AlSi5焊道表面成形均匀,有金属光泽,基本无飞溅生成。当焊接速度为100 cm/min、送丝速度为4 m/min及焊接速度为80 cm/min、送丝速度为3.5 m/min时,在AlSi5焊道/基体界面形成一定厚度的Fe-Al金属间化合物层;增加送丝速度,减小焊接行走速度会加速界面金属间化合物层的形成。发现在焊道两侧润湿铺展前沿形成富锌区,部分位置含锌量达到40 wt%左右。     

Sn-0.7Cu钎料与Cu基板间的润湿性研究

研究了热电耦合作用下Sn-0.7Cu无Pb钎料与纯Cu基板间的润湿性及界面反应。通过改变温度(250~350℃)、电流(1.5~4.5A)、基板的极性等参数,获得了一系列试样,测量试样的润湿角,用扫描电镜(SEM)观察截面形貌,分析了电流、温度及基板的极性对钎料与Cu基板间润湿性和界面反应的影响。结果表明,在其他参数相同时,温度升高则钎料与基板间的润湿性变好;电流增大,润湿性也可得到改善;Cu基板为阳极时的润湿性比Cu基板为阴极时更好。     

电弧热丝变极性等离子弧增材制造成型尺寸预测

电弧热丝变极性等离子弧(arcing-VPPA)对传热与传质的可靠控制使其在电弧增材制造方面拥有独特的优点。针对单道多层铝合金堆砌试样,利用二次通用旋转组合方法针对性地设计了单壁墙试验样本,通过多次回归方程建立了单壁墙成型尺寸与工艺参数之间关系的数学模型。结果表明,模型能够较好地预测单壁墙的熔敷尺寸,真实值与拟合值基本一致。同时发现,等离子电流、行走速度、送丝速度对层高的影响较为明显,且等离子电流与焊接速度对层高的影响存在交互作用;而对熔宽影响较明显的是等离子电流、变极性脉冲MIG电流以及焊接速度。同时分析了增材成型熔宽尺寸稳定性控制策略,发现等离子电流以等差数列排序的控制方案在增材宽度的稳定性控制上具有明显优势。     

基于计算机有限元的厚板多层多道焊温度场研究

在建立Q460厚板多层、多道次焊接有限元模型时,考虑了板料厚度方向的温度场分布,研究接头热影响区的温度场和热循环特征。结果表明,建立的热源分析模型可以准确描述厚板多层、多道次焊接过程;焊接热影响区热循环高温停留时间和峰值温度受后续焊道的影响较大,因此需严格控制后续焊道的热输入和层间温度。     

选区激光熔化工艺参数对GH4169粉末成型性的影响

实验选用GH4169镍基合金粉末,通过调节激光电流、扫描速度、脉冲宽度、激光频率、铺粉厚度、扫描间距和扫描路径等工艺参数,采用单层单道扫描、单层多道扫描和多层多道扫描方式进行选区激光熔化试验,分析工艺参数对粉末成型性的影响规律。并对不同工艺参数所制备的试样进行剖面形貌观察和致密度分析,最终得到的最优工艺参数是扫描速度150mm/min,脉冲宽度5.0ms,铺粉厚度0.15mm,扫描电流140A,激光频率12Hz,扫描间距0.25mm。     

基于等离子弧焊的Ti-6Al-4V快速成形工艺参数研究

研究了基于等离子弧焊的钛合金零件直接金属快速成形方法。采用正交试验和成形温度对比测试的方法,研究了脉冲电流强度、占空比等6个重要工艺参数对成形轨迹截面宽高比的影响规律。结果表明:脉冲电流强度、占空比、送丝速度、工作台速度对宽高比的影响非常显著,等离子气流量对宽高比的影响显著,而脉冲频率的影响不显著。采用获得的优化参数制作了Ti-6Al-4V零件,并进行了抗拉强度和致密度测试,结果表明其抗拉强度和致密度与激光熔覆成形件的性能相当。     

自保护药芯焊丝焊接工艺参数的敏感性分析

自保护药芯焊丝是一种适合于野外作业的焊接材料,广泛应用于船舶、钻井平台、石油管道、集装箱等结构件焊接及修复. 采用自保护药芯焊丝在Q235钢板表面进行单层单道平板堆焊试验,运用二次回归通用旋转组合设计方法建立了电弧电压、送丝速度、焊接速度与熔宽、余高、熔高的二次回归数学模型,分析了工艺参数与熔敷几何尺寸的关系. 结果表明,该模型能够预测稳定工艺区间内工艺参数变化对熔敷层几何尺寸的影响规律;当电压较低时,送丝速度是影响熔宽和余高的主要因素,电压较高时,焊接速度是影响熔宽和余高的主要因素.     

铝合金脉冲MIG焊动态过程辨识

针对铝合金脉冲MIG焊熔池动态过程,设计了阶跃响应试验,利用曲线拟合法对基值电流、送丝速度与熔宽的模型分别进行了辨识,分析了基值电流、送丝速度对熔宽的影响规律,为铝合金脉冲MIG焊过程控制提供了理论依据.     

焊接速度对铝合金双脉冲GMAW的影响

利用数字化多功能焊接电源进行了不同焊接速度的AA6061铝合金双脉冲熔化极气体保护焊(DP-GMAW)试验.得到了极少焊接缺陷的接头.根据采集的试验参数开展了数值模拟,得到了熔池的温度场和和流速场,然后计算了熔池的温度梯度和冷却速度.结果表明,当低频调制频率已定时,焊接速度与送丝速度和平均电流相匹配时,焊接速度对DP-GMAW可焊性没有影响,焊波间距随着焊接速度的增加而增大.随着焊接速度的增加,DP-GMAW温度梯度减小,冷却速度增加,熔化区硬度增加.     

TIG焊熔池在阶跃参数下的数值分析

建立了恒流作用下TIG焊熔池的非稳态三维数学模型,利用FLUENT软件,通过选择合适的边界条件和热物理性能参数,强烈耦合控制方程组得到焊接熔池温度场、流场等的变化规律,针对熔池尺寸及相对于熔池中心等距点的温度,分析了在不同焊接工艺参数阶跃下的变化规律.结果表明,随着焊接大电流向小电流的阶跃,熔池的尺寸及内部的流速都有一定程度的减小,随着电弧电压、焊接速度、工件板厚和板宽的阶跃,其变化都具有一定的滞后性,通过各种调整焊接工艺参数均可以达到调节熔池尺寸的效果.     

Wire melting phenomena in gas metal arc welding

Abstract

The wire melting rate in gas metal arc welding using constant voltage power supplies is well described by a parabolic model that considers the effects of electrical resistance and arc heating. However, tests performed with constant current power supplies indicate that the melting rate can deviate from this model when welding current is close to the globular–spray transition value. Although the causes of this anomaly have not yet been well established, most authors consider them to be related to variations in liquid metal temperature close to the metal transfer mode transition current. The present work evaluates the effect of welding parameters on the wire melting rate when a constant current power supply is used. A numerical model that considers the contribution of both Joule and arc heating was developed to calculate the temperature distribution in the wire and its melting rate. The model was used to assess the changes in either arc heating or metal vaporisation that might explain the melting irregularities. High speed cinematography was used to analyse metal transfer in the current range associated with the melting irregularities.     

Forecasting of mechanical properties of covered electrode containing La/CeO_2 based on fuzzy neutral network

In order to improve the mechanical properties of deposited metal of ilmenite type welding electrode,CeO_2/La rare earth elements were added into electrodes based on E4301 electrode, then electrodes were produced,test plates were welded, and mechanical properties were tested based on National Standards of China. For the sake of solving the problems of large amount of mechanical properties tests, long test cycle and high test cost during the conventional production process of electrode, a prediction model of the mechanical properties of deposited metal based on Takagi-Sugeno(T-S) fuzzy neural network was established. Mn, Si and C contents of medium manganese in electrode, CeO_2, and La contents of electrode and welding speed were selected as input variables of the prediction model, and the tensile strength, lower yield strength, elongation, impact energy and hardness of deposited metal were selected as output variables. Finally,predicting experiment was done under test samples, and results show that average relative prediction error of the tensile strength, lower yield strength, elongation and hardness are 0.91 %, 2.57 %, 4.94 % and 1.94 %, respectively, which reach the need of actual production. The results of prediction show that the mechanical properties of deposited metal of electrode containing rare earth can be forecasted accurately through material composition of electrode and welding parameters based on T-S fuzzy neural network model.     

铝合金脉冲MIG焊机研制

铝合金在高速列车制造中,占有很重要的地位。铝合金因其独特的时有特殊的要求。本文研制的脉冲ＭＩＧ焊机,主电路采用大功率晶体管作为主控元件,从铝合金ＭＩＧ焊特点出发,采用电流脉冲技术控制铝合金ＭＩＧ焊熔滴过渡行为,在整个焊接电流范围内,均得到小滴流过渡,电弧挺度好,熔滴过渡均匀。脉冲参数采用一元化调节,操作方便,只要给定送比脉冲参数由焊机内部自动产生,实现了自适应控制。铝合金ＭＩＧ焊在不同的状态有不同     

焊接速度和焊接电流对竖向高速GMAW驼峰焊缝的影响

运用自主研发的爬壁机器人研究焊接速度和焊接电流对竖向高速熔化极气体保护焊(gas metal arc welding,GMAW)驼峰焊缝的影响. 结果表明,焊接速度或焊接电流超过某一临界值时,竖向高速GMAW会形成驼峰焊缝,且熔池中由电弧压力、熔滴冲击力和重力作用下产生的动量很大的后向液体流是竖向高速GMAW形成驼峰焊缝的主要原因. 同时,焊接速度和焊接电流显著影响驼峰焊缝形貌. 当焊接电流不变时,随焊接速度提高,驼峰焊缝的驼峰间距和驼峰高度先稳定减小,后缓慢减小,而焊缝宽度则稳定减小;当焊接速度不变时,随焊接电流增加,驼峰焊缝的驼峰间距先增加后减小,驼峰高度则是先增加后不变,而焊缝宽度则稳定增加. 此外,焊接速度过小或焊接电流过大均会造成金属液下淌.     

APPLICATION OF ARTIFICIAL NEURAL NETWORK MODELING TO PLASMA ARC WELDING OF ALUMINUM ALLOYS

1.Weldingisacomplicatedprocesswhichisnoallnear,variable--coupledandrandom,soitissodifficulttofindaaccuratelawthatwehavetodependonscientificessaily.Ihrecentyears,autOInationOfarcweldingProcess,whichisbasedoninduStrialrobots,hasbeentakenPublicopinionseriously,andthebasisofconedofweldingPIDCessistoestablishinathernaticalmodelOfweldingprocessandweldingqUality'AtPreSent,weOftenuseformulaOfrecessionexperiencetosatisfytheneedOfweldingtechaology.aamrecessionmodelcanbeusedtOfindstatisticallawout…