FCAW在T形接头焊接中的电弧形态与熔滴过渡分析

应用高速摄像仪器与数字化记录仪采集FCAW-药芯焊丝CO2焊接在小角度坡口T形接头中的焊接电弧、熔滴过渡情况。分析发现,在小角度坡口的T形接头焊接中,焊接电弧由于最低电压原理的作用,其指向性很差,焊接电弧较多发生在坡口两侧的母材与熔滴之间;并且发现无论焊接工艺参数多大,熔滴依旧为短路过渡方式,这种情况的发生,一方面是因为焊接电弧的偏转,另一方面由焊接坡口造成空间位置的限制而造成的。本试验结果为焊接过程中所出现的根部未熔合提供了理论依据,且为更好地解决根部缺陷与制订合适的焊接工艺提出了指导性意见。     

外加磁场作用下焊接方法的研究进展

当前工业生产对焊接技术提出更高的要求,传统焊接方法的优化改进受到广泛关注。外加磁场作用于电弧等离子体会导致电弧行为发生显著改变,从而影响熔滴过渡和熔池形成过程,最终影响焊缝成形和接头质量。阐述外加磁场作用下焊接行为的研究进展,包括外加磁场对电弧形态和参数分布、熔滴过渡过程、熔池的形成和焊缝成形的作用规律。与传统焊接相比,外加磁场下熔滴过渡频率增加,焊缝组织晶粒更加细小均匀,接头的力学性能得到提升。     

T型接头约束电弧塞焊焊接工艺与焊缝成形

针对三明治板激光焊接中芯板与面板T型接头熔合不良的问题,提出一种利用焊剂片约束电弧塞焊制造高强钢三明治板的新工艺。采用高速摄像技术研究电弧燃烧形态和熔池变化过程,并对T型接头进行力学性能测试。结果表明,焊剂片可以压缩和稳定电弧,提高焊接热效率,促进熔滴过渡。采用φ1.6 mm焊丝焊接时,坡口装配间隙5~6 mm,焊缝成形良好。焊接电流一定时,随着电弧电压的增大,接头依次出现未焊透、成形良好、电弧再次攀升未焊透和焊漏的变化规律。约束电弧塞焊工艺范围为:电弧电压20~24 V,焊接电流160~300 A,焊速5 mm/s。     

焊剂片约束电弧焊三明治板T形接头的组织与性能

针对三明治板激光焊接T形接头过程中的芯板与面板连接宽度不足的问题,使用一种焊剂片约束电弧焊的新工艺,对960 MPa低合金高强钢三明治板T形接头进行焊接。利用高速摄像技术研究了电弧燃烧形态和熔滴的变化过程,并通过焊接接头显微组织分析、硬度测试、微区拉伸试验和T形接头轴向拉伸试验,研究了T形接头的组织与力学性能。结果表明,在焊接过程中,焊剂片可压缩和稳定电弧,提高焊接热效率,促进熔滴过渡,可获得焊缝与芯板熔合良好的T形接头。焊接接头热影响区粗晶粒区微观组织为粗大的板条马氏体和块状铁素体,热影响区细晶粒区为细小的板条马氏体和粒状贝氏体,焊缝组织主要为沿原奥氏体晶界分布的针状和块状铁素体。T形接头硬度分布不均匀,平均硬度的大小分布为热影响区＆gt;母材区＆gt;焊缝区。在接头微区拉伸试验中,焊缝区是接头力学性能最薄弱的区域。T形接头拉伸试验时,裂纹首先在熔合线处产生并向焊缝区扩展,最后在焊缝区断裂,断口呈韧性断裂特征。     

旁路分流MIG电弧熔钎焊接镁/钢异种金属接头特性

以AZ31镁合金与Q235镀锌钢板为研究对象,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊接工艺试验,在获得稳定可靠的焊接过程和美观的焊缝成形的同时,实现了镁/钢异种金属的可靠连接.同时采用金相显微镜,高速摄像机和拉伸试验机对焊接接头的组织、熔滴过渡过程以及力学性能进行观察与分析.结果表明,焊接过程中熔滴的排斥过渡增加了熔滴过渡的时间,使得熔滴润湿铺展更为均匀,且保证了界面层元素的充分结合.拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度达133 MPa,约为母材强度的70%,接头断裂发生在镁合金焊缝处,呈韧性断裂的形貌特征.     

旁路分流MIG电弧熔钎焊接镁/钢异种金属接头特性

以AZ31镁合金与Q235镀锌钢板为研究对象,进行旁路分流MIG电弧熔钎焊接工艺试验,在获得稳定可靠的焊接过程和美观的焊缝成形的同时,实现了镁/钢异种金属的可靠连接.同时采用金相显微镜,高速摄像机和拉伸试验机对焊接接头的组织、熔滴过渡过程以及力学性能进行观察与分析.结果表明,焊接过程中熔滴的排斥过渡增加了熔滴过渡的时间,使得熔滴润湿铺展更为均匀,且保证了界面层元素的充分结合.拉伸试验表明,焊接接头的抗拉强度达133 MPa,约为母材强度的70%,接头断裂发生在镁合金焊缝处,呈韧性断裂的形貌特征.     

高频交变磁场对大电流GMAW熔滴过渡和飞溅率的影响

在熔化极气体保护焊过程中,采用大送丝速度,增大焊接电流和焊丝伸出长度是提高焊接熔敷率的直接途径.但当熔滴过渡转变为旋转射流过渡时,电弧不稳,飞溅增大,焊缝成形变差.施加不同频率的纵向交变磁场,对焊缝成形进行控制.采用高速摄像技术,拍摄焊接过程中的电弧形态和熔滴过渡,研究不同频率的磁场对熔滴过渡和焊接飞溅率的影响规律.结果表明,熔滴过渡形式不同,产生飞溅的机理不同;外加频率为1 000 Hz纵向交变磁场时,电弧的旋转半径减小,电弧的挺度增大,旋转射流过渡时电弧更稳定,焊接飞溅率降低,焊缝成形改善.     

摆动电弧传感窄坡口GMAW过程系统建模与仿真

针对油气管道窄坡口焊接普遍存在的侧壁未熔合问题,开展了X65管线钢窄坡口旋转电弧焊接工艺与性能的研究。搭建了X65管线钢板旋转电弧试验系统,利用高速摄像同步采集系统对旋转电弧熔滴行为进行了研究,分析了旋转电弧频率对熔滴过渡的影响。通过焊缝截面形貌的宏观金相观察,研究了窄坡口旋转电弧GMAW旋转频率对焊缝成形的影响。结果表明,高频旋转电弧加快了熔滴的过渡频率,减小了熔滴尺寸,促进了熔滴过渡过程。当旋转频率在5～30 Hz范围内时,能获得良好的焊缝成形。在旋转电弧的高频搅拌作用下,所获得的焊缝表面纹路十分致密,且焊接接头具有良好的抗拉伸性能和抗弯性能。

     

激光与电弧间距对激光复合焊熔滴过渡的影响

采用高速摄影设备研究了在两种焊接电流工艺参数下激光与电弧的间距变化对CO2激光-MIG电弧复合焊接熔滴过渡过程的影响.试验发现,在高速MIG焊接时熔滴过渡不稳定,在激光-MIG复合焊接时,由于激光光致等离子体对熔滴的热辐射作用和对电弧的吸引作用而改变了电弧的形态及相应的熔滴的受力状态,使得熔滴的过渡过程发生了改变,对于不同的焊接电流工艺参数,存在不同的最佳激光与电弧间距.结果表明,在最佳间距下,即两个等离子体的耦合作用良好时,熔滴过渡形式为单一的稳定射流过渡,电流电压恒定,焊缝成形良好.     

双电弧集成冷丝复合焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

试验搭建了双电弧集成冷丝复合焊系统,研究了不同电参数匹配下的焊接过程. 结果表明,两熔化电极在直流模式下的熔滴过渡类型分为三种:短路过渡、短路+大滴过渡和大滴过渡. 当电弧电压较低时,过渡类型为短路过渡;随着电压逐渐增加,过渡类型从短路过渡变为短路+大滴的混合型过渡,最终完全变为大滴过渡. 其中短路过渡时焊接过程最稳定,飞溅最少,焊缝成形较好. 大滴过渡次之,而短路+大滴混合型过渡时焊接过程稳定性及焊缝成形最差. 此外,随着电弧电压的增加,熔滴的过渡频率呈先减小后增加的趋势.     

药芯焊丝电弧焊电弧形态与熔滴过渡行为的研究

基于数码照相技术研究了CO2保护气氛下,渣系和焊接参数对药芯焊丝电弧焊（FCAW）电弧形态和熔滴过渡行为的影响。研究发现,酸性及金属芯渣系药芯焊丝在所有焊接参数下电弧扩散角相差不大,碱性渣系药芯焊丝因药芯中含大量消电离元素,大焊接参数下电弧扩散角比其它两种渣系小;金属芯药芯焊丝大焊接参数下发生“半潜弧”,可见弧长显著缩短。随着焊接参数增大,酸性,碱性,金属芯药芯焊丝均依次出现如下熔滴过渡类型;短路过渡、大滴排斥过渡、细颗粒过渡,均未发生喷射过渡。     

高强钢三明治板T形接头焊剂片约束电弧焊电弧行为

文中基于高速摄像和焊接电信号采集系统，对焊剂片约束电弧焊接高强三明治板T形接头过程中的电弧行为进行了研究. 结果表明，通过焊剂片约束电弧焊接工艺可实现三明治板的加工制造，焊剂片在焊接过程中不仅有效解决了电弧攀升问题，还改变了电弧形貌与加热特性，显著增加了电弧稳定性；将电弧电压控制在23~29 V，焊接电流控制在240~320 A，坡口宽度控制在5~7 mm，在此工艺参数范围内，焊剂片熔化高度适中，电弧可获得良好的约束，电弧到坡口底部的距离与电弧到面板侧壁的距离相当，主要在坡口底部及侧壁根部稳定燃烧，可获得面板与芯板熔合良好T形接头.     

不同参数下MIG焊电弧光谱波动特点

熔化极惰性气体保护焊(MIG)过程中,熔滴过渡、弧长波动等会引起辐射的剧烈变化,其变化规律对于焊接质量检测具有重要意义.文中通过采集不同参数下的MIG焊电弧光谱分布,研究其在焊接过程中的变化规律;并结合该参数下熔滴过渡特征,基于电弧物理理论,对典型参数下光谱波动的规律进行物理解释.结果表明,不同参数下电弧光谱的分布和变化规律不同,具有各自的光谱分布特征;在MIG焊接过程中,由于熔滴过渡会造成光谱信息的规律波动,但在过渡的不同时间段,光谱信号在不同谱段(紫外区、可见光区、近红外区)的变化规律存在较大差异.     

中厚板T型接头CO_2焊新型焊接工艺

为解决工程实际T型接头焊接中出现的根部未焊透缺欠,通过高速摄像等试验研究角焊情况下的熔滴过渡和焊接电弧作用形态,分析根部未焊透缺欠产生的原因。基于实验室自行设计研制的潜弧焊接控制设备与正交试验,优化焊接工艺,固化焊接工艺参数,得到了较好的焊接效果,使根部未焊透区域由以前的2~3 mm减小至1 mm以内,满足标准EN601M Q4要求。     

CO2气体保护焊表面张力过渡

CO2气体保护焊采用短路过渡,飞溅大、成形差.在研究CO2气保焊短路过渡理论基础上,深入研究了表面张力过渡各个阶段参数与送丝速度的关系、焊接电压与液桥缩径状态的检测方法.研究表明,在表面张力过渡区内存在一段失控区,增加了表面张力过渡的不确定性.随着送丝速度的变化,熔滴过渡各阶段时间影响液桥分断时的表面张力过渡.依据表面张力过渡对电源特性的要求,提出了两种实现方案,逆变环节控制和输出斩波控制,并指出仅采用逆变环节实现表面张力控制的局限性,研究还表明改变表面张力过渡区的电流值可改善过渡的稳定性.研究方案在实际中得到了验证.     

不同熔滴过渡类型电弧声小波包频带能量特征提取

利用LabVIEW虚拟仪器设计了电弧声信号采集系统,并以MIG射滴过渡和射流过渡电弧声信号作为研究对象,采用小波包分解和重构电弧声信号,提取不同频带能量特征,构造识别射滴过渡和射流过渡的特征向量。研究表明:射滴过渡和射流过渡电弧声频谱主要集中在0~7 k Hz,射滴过渡电弧声能量在低频段(0~1.5 k Hz)有较高幅值,射流过渡在高频段(2~5 k Hz)有较高幅值,射滴过渡和射流过渡电弧声信号在S_(4,0)、S_(4,2)、S_(4,3)频带能量百分比差异明显,可作为识别射滴过渡和射流过渡的特征向量。     

自保护药芯焊丝弧桥并存过渡试验分析

采用高速摄影、汉诺威弧焊质量分析仪和体式显微镜对自保护药芯焊丝弧桥并存过渡特征和过渡机理进行了试验研究,结果表明:弧桥并存过渡是一种液桥持续存在的同时电弧不熄灭的熔滴过渡模式,是自保护药芯焊丝主要熔滴过渡模式之一;电弧电压和焊接电流波形没有短路过渡特征,表现为一定范围内小幅波动,与弧桥并存过渡特征相对应;电压概率密度分...     

面向工程应用的BA-GMAW熔滴过渡形态

综述了涉及工程应用的潜弧熔化极气体保护焊(Buried arc gas metal arc welding,BA-GMAW)熔滴过渡形态特征。结果表明,在大电流和相应的焊接参数下,BA-GMAW工艺的熔滴过渡形态有3种,即呈滴状过渡、摆动过渡和旋转过渡。BA-GMAW电弧空腔中电弧形态属于连续、敞开、非活动型;电弧空腔内氛围发生了质的变化,电弧爬升到熔滴上方,满足了喷射过渡形成3要素。焊接工艺参数对BA-GMAW熔滴过渡形态的影响,主要是焊接电流和电弧电压的影响;前者主要改变熔滴上作用力方向和大小,后者涉及潜弧的稳定性。潜弧焊熔滴过渡形态与工艺质量的利好关系,是受稳弧技术控制的熔滴过渡特性改善所决定的。创新点：通过典型工程应用试验案例中的焊接工艺参数,分析、判断相应的电弧和熔滴过渡形态,完成从实践到理论的转换,为后续论点论述打下坚实基础。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡及其对应的电压、电流波形进行了研究.结果表明,双丝间接电弧氩弧焊焊接电流与电弧电压的不同匹配选择,熔滴具有短路过渡、大滴过渡、混合过渡、射滴过渡、射流过渡等不同过渡形式.随着焊接电流的增大熔滴尺寸减小,熔滴细化,随电弧电压的增大,熔滴尺寸减小.熔滴过渡形式与电压、电流的波形之间有很好的对应关系.     

Metal transfer instability in gas metal arc welding

Abstract

This work presents a simplified model of metal transfer in gas metal arc welding. The model incorporates key features of metal transfer including the change in droplet diameters as welding moves from the globular into the spray metal transfer region, and the increase in welding voltage that is observed to occur as the pendant droplet grows. The model predicts that an instability arises in the globular metal transfer region, which leads to deterministic chaos and complex limit cycles with many droplet sizes. The instability also causes deterministic chaos with a characteristic gap in droplet diameters at the transition to spray mode metal transfer. The model explains observed features of metal transfer in some detail, including the existence and location of preferred bands of droplet sizes. Whether the instability is present or not defines the boundary between chaotic globular metal transfer and the stable drop spray transfer mode. The identification of deterministic chaos in gas metal arc welding metal transfer opens the way for new approaches to welding control.