焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊稳定性和焊缝成形的影响

三丝间接电弧焊是一种新型高效焊接方法,为研究焊丝伸出长度对三丝间接电弧焊的影响,使用焊接分析仪及高速成像设备对焊接过程中的电弧、熔滴和电流电压情况进行采集. 结果表明,当主丝与边丝伸出长度不相等时,难以获得稳定的焊接过程. 当主丝与边丝伸出长度相等时,随着焊丝伸出长度的增加,电弧的集中性变差,电流、电压波动程度增大,同时熔滴尺寸增大,主丝与边丝熔滴之间的夹角增大. 当主丝与边丝伸出长度均为10 mm时焊接过程最稳定、焊缝成形最好.     

三丝间接电弧焊电弧形态及焊缝成形分析

气体保护三丝间接电弧焊是一种新型的焊接方法，电弧建立在主丝与边丝之间，工件不连接电源.文中建立了稳定的三丝间接电弧，针对焊缝侧壁熔合问题，分析了不同焊丝分布方式产生的电弧形态对侧壁熔合的影响；针对焊缝层间熔合问题，采用后置钨极的方法实现了焊缝层间熔合.结果表明，主丝与边丝送丝速度与熔化速度相匹配，可建立稳定的三丝间接电弧；焊丝分布Ⅳ沿焊接方向的电弧偏向两侧壁，垂直于焊接方向的电弧形态集中，电弧稳定性好，可实现焊缝侧壁均匀熔合，熔合深度为1~1.2 mm；施加后置钨极，可实现焊缝层间熔合，焊缝抗拉强度为420 MPa，断裂位置发生在母材.     

双丝脉冲MAG焊的熔滴过渡及工艺特征

搭建了并列式双丝脉冲MAG焊工艺试验系统,通过双丝脉冲协调控制器连接试验所用的两台电焊机,在试验过程中采集了焊接电流、电弧电压信号,并用高速摄像机对焊接过程的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄．应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了脉冲峰值电压与脉冲基值电压、两个焊丝在垂直于焊道方向上的距离、焊枪倾角这三个因素对电弧行为、熔滴过渡过程及焊缝表面成形与焊缝几何尺寸的影响．确定了最理想的脉冲峰值一基值电压,并且发现在文中所述试验参数下,焊丝间距11mm为两电弧形成共熔池、同焊道的上临界距离．结果表明,随着焊枪倾角的增加,焊缝熔深增加,熔宽减小,在焊接速度和送丝速度不变的前提下余高增加．     

气体保护三丝间接电弧焊熔滴过渡行为分析

气体保护三丝间接电弧焊为一种新型的焊接工艺。研究了气体保护三丝间接电弧焊熔滴过渡形态,并分析了受力情况。结果表明,随着焊接电流的增大,边丝熔滴由粗滴过渡转变为喷射过渡,而主丝在试验条件下熔滴保持为射流过渡。边丝的熔滴受到主丝的排斥,向主丝的两侧方向过渡,而主丝熔滴则沿着主丝延长线方向过渡。熔滴过渡中,主要受电磁力的作用,由于电弧向焊丝上爬升的影响,边丝熔滴受到径向排斥的电磁力,因而向主丝侧向过渡。由于边丝的存在,主丝熔滴受到促进过渡的电磁力,因而较小的电流能实现射流过渡,且沿着主丝延长线的方向。     

电弧熔丝脉冲GTAW熔滴过渡行为分析

提出了电弧熔丝脉冲GTAW焊接工艺,在非熔化极与工件之间的GTA电弧加入脉冲电流,不仅具有传热与传质分离和无飞溅等优点外,同时通过脉冲GTAW控制熔池熔深与形状,减小热影响区,减少合金元素的烧损.结果表明,随着焊丝距离工件高度的减小,熔滴过渡形式从大滴过渡转为无飞溅搭桥过渡,并且距离越近,熔滴过渡频率越快.当焊丝距离工件一定高度,焊接过程一脉一滴时,存在一个最优的频率可以实现最小的熔滴尺寸.     

单电源双丝脉冲MIG焊交替燃弧的电弧行为

搭建了单电源并联并列式双丝脉冲MIG焊接工艺试验系统,在试验过程中采集了双路焊接电流及电压信号,并对焊接过程中的电弧行为与熔滴过渡过程进行了同步拍摄.应用上述试验系统,在实现稳定焊接过程的基础上,分别研究了焊丝间距,电弧电压两个因素对单电源并联并列式双丝脉冲MIG焊交替燃弧过程的影响.结果表明,随着焊丝间距增加,电弧电压增大,交替燃弧频率减小,交替现象显著.焊接过程中产生的带电粒子的行为方式是交替燃弧现象的重要影响因素.     

M弧电流对Tri-Arc双丝电弧焊熔滴过渡形态影响

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因.结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定.M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定.M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定.焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

1. 佳木斯大学 材料科学与工程学院，佳木斯 154007; 2. 深圳瑞凌实业股份有限公司，深圳 163000; 3. 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001

采用高速摄影技术对三电弧双丝电弧焊的熔滴过渡和焊接飞溅进行观察,分析金属型药芯焊丝在M弧电流变化时熔滴过渡的类型及飞溅产生的原因. 结果表明,M弧电流为170 A时熔滴过渡形式有排斥过渡、颗粒过渡及细颗粒过渡,熔滴过渡不稳定. M弧电流为210 A时前丝和后丝熔滴过渡为大熔滴排斥过渡,三电弧同时出现,熔滴过渡稳定. M弧电流为260 A时前丝熔滴过渡为细颗粒过渡,后丝熔滴过渡为颗粒过渡,熔滴过渡较稳定. 焊接飞溅产生的原因主要是脉冲切换改变了电弧力、斑点力及等离子流力,打破了原来的力系平衡.     

变极性脉冲MIG焊的控制

研究变极性脉冲MIC焊的主要目的是控制形成浅焯缝,高效焊接铝合金薄板变极性脉冲MIG蚌的控制系统由逆史控制系统和单片机控制系统构成。控制系统协调控制电弧极性、电弧稳定性、焊丝熔化及熔滴过渡、电弧电压等焊接参数,获得稳定的焊接过程。变极性脉冲MIG焊在电弧EP极性时,利用脉冲电流熔化焊丝、形成熔滴过渡,电弧EN极性时电弧沿焊丝端上爬,EN极性电孤促进焊丝熔化、减小电弧对熔池的加热作用,减小焊缝熔深,焊接薄板时其有独特优势。     

旁路耦合电弧高速焊接工艺

为了实现传热、传质的解耦,提出了旁路耦合电弧焊接工艺(Arcing-wire PAW).介绍了旁路耦合电弧焊接工艺的原理和系统组成,利用数据采集系统和高速摄像机对电信号和熔滴过渡进行同步采集,结合电信号变化和熔滴过渡行为分析不同焊接参数对熔滴过渡的影响.结果表明,送丝速度和MIG电流的变化改变了焊丝熔化的平衡位置,使得熔滴的过渡状态和频率发生了变化,焊丝垂直高度的变化使得焊丝充分利用熔池的热量实现稳定快速过渡.由于传热和传质可以分开控制且电弧形态在焊接方向被拉长,保证了高速焊接时焊接过程的稳定性.     

Metal transfer and arc behaviour of novel consumable and non-consumable electrode indirect arc droplet welding

Abstract

The consumable and non-consumable electrode indirect arc droplet welding is a novel method that applies an indirect arc generated between a consumable electrode and a non-consumable electrode to welding. It was successfully used to overlap join the thin zinc coated steel plate. In the point to point (consumable electrode and non-consumable electrode) configuration, the stable metal transfer was obtained. The globular, projected spray and streaming spray transfer modes were promoted. With the increase in welding power, the metal transfer became faster and more stable. At the same time, the indirect arc became brighter, smaller and more stable. The arc self-regulation guaranteed the stable burning of the indirect arc. The desire stability was observed from the fluctuation of the welding current and the arc voltage waveforms. The side concentrated melting on the root of the droplet produced high pinch effect, which facilitated the detachment of the droplet.     

基于高速CCD摄像的短路过渡焊接熔滴检测与分析

建立了基于高速CCD摄像的熔滴图像检测和焊接电流、电弧电压同步采集系统,在给出短路过渡模式下的熔滴尺寸定义并简述基于MATLAB平台的熔滴尺寸与电弧信号分析系统的基础上,对平特性电源短路过渡CO2焊接熔滴尺寸变化特征及其与工艺性能间的关系进行了试验研究.结果表明,熔滴尺寸呈分散性较大的正态分布(1～2倍焊丝直径),过大或过小的熔滴尺寸均不利于短路过渡焊接过程的稳定性.根据熔滴的形成和过渡过程,初步分析了影响熔滴尺寸的主要因素及控制熔滴尺寸的途径,即短路过程结束后焊丝端部的残余液态金属量和燃弧能量的随机性导致了熔滴尺寸的不确定性,对其进行有效控制将提高熔滴尺寸和短路过渡过程的一致性,进而改善短路过渡CO2焊接的工艺性能和焊接质量.     

旁路电源工作模式对Arcing-wire PAW电特性与滴过渡的影响

基于电弧可分离性,以焊丝为导引电极建立分体等离子弧,研究不同旁路工作模式下焊接参数对熔滴过渡行为的影响.结果表明,旁路为恒流模式时,随着旁路电流的增加熔滴稳定快速过渡,随着送丝速度的增加过渡频率增加,但其达到8.2 m/min时会使焊丝来不及熔化;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压均发生明显波动但两者趋势相反,而旁路及等离子弧电流均无波动.旁路为恒压模式时,随着旁路电压及送丝速度的增加,熔滴稳定而快速地过渡,但旁路电压过大时会出现失稳现象;在熔滴过渡瞬间,旁路及等离子弧电压、旁路电流、甚至等离子电流都出现明显波动.     

An analysis of butt joints in a railway viaduct

Summary

Undercut and/or humping are generated when the arc length in high-speed pulsed MAG welding is too high, and spatter is generated if it is too low. Refinement of the droplets from the wire and simultaneous maintenance of one droplet transfer per pulse avoid short-circuiting in a short arc and enable spatter and highspeed/high-efficiency welding to be rendered compatible with each other. The requirements are to maintain a stable droplet shape during one droplet transfer per pulse, to maximise the welding speed limit without spatter generation, and to develop a technology for arc length shortening at the limit of short-circuiting by wire droplet refinement as objectives basically centred on pulsed MAG welding. This paper describes an investigation of the factors controlling droplet transfer through a division being made into the driving force imparted to the droplets and the deformability of the weld metal receiving this force as well as a method of droplet refinement based on resolution of these aspects. Through the simple rectangular wave pulse of a high peak current being set for a short time using an inverter-type pulsed power source at a constant wire diameter to increase the electromagnetic pinch force, one droplet transfer per pulse is possible on condition that the droplet volume is reduced by around 30% as compared with that obtained using a conventional power source with a chopping transistor on the secondary side. To increase the droplet deformability, the wire composition can be changed to achieve one droplet transfer per pulse on condition that the droplet volume is reduced by 20%. These droplets also show the same surface tension as conventional droplets as well as a lower viscosity coefficient. Through a combination of a pulsed current waveform and improved wire properties, the droplet volume can be reduced to around one half that of conventional droplets. The critical speed of spatter- and defect-free welding is then increased as an improvement immediately applicable on an actual automotive mass production line.     

钛型气保护药芯焊丝焊接参数的选择与应用

分析了气保护药芯焊丝熔滴过渡形态类型和主导力,探讨了焊接参数与熔滴过渡形态的关系及焊接参数的选择原则与工程应用。结果表明,该类焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向排斥滴状过渡。在正常范围内,焊接电流不改变熔滴过渡形态,但偏低的电弧电压能导致熔滴过渡形态改变;焊接电流和电弧电压的合理匹配是获得满意工艺性的决定因素。焊丝焊接参数选择的“合于使用”原则,强调适合于施工现场使用的焊接参数特征。焊丝的工程应用表明,大电流、强规范（含高的电弧电压）是该类焊丝主流过渡形态的技术参数特征,短路过渡不应成为该工艺的主要过渡形态。     

焊接电流对双丝间接电弧焊电弧特性的影响

主要研究了焊丝伸出长度对焊接电流、电弧电压以及焊接电流对双丝问接电弧气体保护焊电弧特性的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;双丝间接电弧气体保护焊负极焊丝的熔化速度随着焊接电流的增加而明显增大,正极焊丝的熔化速度随焊接电流的增加而缓慢增大,两者均随着电弧电压的增加而减小;随着焊接电流的增大熔滴变细;双丝问接电弧气体保护焊有多种电弧形态。     

新型水下焊接电源及送丝机构的研究

研究了一种新型的水下焊接系统。系统中孤焊电源输出阶梯型的外特性，送丝系统采用脉动送丝方式。在单片机控制下，脉动送丝波形与外特性同步调控。在停止送丝阶段，单片机夸电源输出电压为峰值，焊丝在此电压下返烧并形成熔滴。送丝脉冲到来的瞬间，电源输出电压切换为基值。熔滴依靠送丝动量向熔地方向前进，最终向熔池过渡，随着焊炬的移动而彤成一道焊缝。实验结果表明，使用这个系统进行气体保护药芯焊丝水下湿法焊接时，电压、电流波形均匀工整，短路过渡频率受控，焊接过程稳定，水下焊缝成形较为美观。