基于计算机仿真的铝合金变极性等离子弧焊温度场分析

采用"高斯+双椭球"热源模型,建立正、反极性等离子电弧热源模型。采用APDL(ANSYS parametric design language)编程语言,对变极性等离子弧焊(VPPA)温度场进行模拟。通过分析其温度场,计算出正、反极性等离子弧焊高温区面积和熔池形状,并通过实际焊接试验验证了该模型的合理性,这为焊接工艺参数的合理选择提供了理论依据。     

基于小孔特征图像处理的变极性等离子弧焊接工艺研究

铝合金变极性等离子弧焊是一种新型高效的焊接方法。针对等离子弧对焊接工艺参数的变化比较敏感的问题,建立了视觉传感系统用于实时采集和处理小孔图像,通过大量的焊接工艺试验探讨了等离子弧焊工艺参数对小孔特征及焊缝成型的影响。结果表明,采用合理的焊接参数并结合背面小孔视觉特征,可以实现铝合金的穿孔型变极性等离子焊接,并能够稳定地控制焊接过程。     

焊接工艺——熔焊

20061114 变极性等离子电弧形态对电弧力的影响；20061115 穿孔法变极性等离子弧立焊的收弧过程；20061116 基于串状热源的手工摆动焊应力场的数值模拟；20061117 药芯焊丝的弧焊过程；20061118 磁力脉冲焊保证获得铝的高强焊接接头；20061119 电弧螺柱焊中实现螺柱的低速送进；     

铝合金变极性等离子弧穿孔焊过程控制

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺特点,提出了通过对焊接参数的精确控制,实现变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺的方法,并将焊接电流、离子气流量和焊接速度确定为变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊过程的被调节参数.保持穿孔熔池上"热"和"力"的动态平衡是调节焊接参数的根本依据,是实现变断面试件自动焊接的关键所在.采用单片机为核心的控制器对焊接参数进行实时调节,动态保持穿孔熔池上热和力平衡,实现了变断面铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺.     

镁合金中厚板变极性等离子弧焊工艺

以5mm厚变形镁合金AZ31B板材为主要研究对象，研究变极性等离子弧焊接镁合金的工艺特点，得到了合理的焊接参数变化区间，并在此基础上分析焊接工艺参数变化对焊缝成形及接头性能的影响。试验结果表明，镁合金变极性等离子弧焊的焊接参数变化区间比较窄，受参数变化的影响较大。改变极性时宽比和阴极清理时间，不仅使工件的清理作用发生变化，而且对接头的抗拉强度产生一定的影响。通过合理选择焊接参数，可以获得理想的焊接结果，接头强度达到母材的90％以上。     

变极性等离子弧焊在壳体与法兰环焊缝焊接中的应用

分析了铝合金变极性等离子弧穿孔焊工艺的特点,采用ER5356焊丝对厚度为7 mm的防锈铝合金5A06进行穿透型变极性等离子弧焊对接环焊缝的焊接试验,分析焊缝成形质量的影响因素,实现了变极性等离子弧焊在某水下产品中壳体与法兰环焊缝连接的应用,焊接过程分为起弧段、穿孔段、焊接段、搭接段、收孔段、收弧段共6个焊接阶段.利用X射线衍射仪、万能拉伸机对接头的质量及力学性能进行检测,结果表明5A06铝合金壳体与法兰对接环焊缝成形良好,焊缝质量满足GJB 294A-2005《铝及铝合金熔焊》Ⅰ级焊缝要求,接头抗拉强度为301 MPa,达到母材的90.2％,断裂位置处于近熔合线处,接头力学性能良好,满足产品的使用要求.     

铝合金变极性等离子弧穿孔横焊焊缝成形规律分析

以穿孔等离子弧焊接过程中形成的穿孔熔池为研究对象,根据熔池热源形态的特点,采用数值模拟与试验相结合的手段研究横焊位置下的铝合金变极性等离子弧焊缝成形.由于焊接速度波动和工件厚度的影响,体热源作用下的穿孔熔池背面存在最高温度点和最大熔宽截面相背离的现象;因此通过对穿孔熔池背面进行分区和定义,提出温宽偏离度概念,即熔池背面最高温度点和最大熔宽截面的偏离程度,用以描述穿孔熔池状态及焊缝成形;通过调节焊枪角度来改变焊接过程中的温宽偏离度,在其它参数不变的情况下减轻重力在焊接过程中对焊缝成形的影响,实现变极性等离子弧穿孔焊接在横焊位置上的良好成形.     

0.2 mm不锈钢薄板焊接工艺研究及仿真分析

分别采用激光焊和微束等离子弧焊开展0.2 mm奥氏体不锈钢薄板的对焊加工,并选用圆锥体热源模型对2种焊接工艺进行模拟研究。结果表明：激光焊和微束等离子弧焊均可实现0.2 mm厚的不锈钢薄板对焊加工;采用圆锥体热源能准确勾勒出不锈钢薄板在2种焊接工艺下焊缝截面的熔池轮廓;选取相同的仿真参数,激光焊和微束等离子弧焊出现类似的变形场和应力场,微束等离子弧焊的总体变形和整体应力略大于激光焊的。     

不锈钢在等离子弧焊过程中的温度场变化及计算机仿真分析

基于等离子穿孔型弧焊(K-PAW)的焊缝成形结构特点,通过对多种不同的热源作用模式进行比较,获得了适合K-PAW焊接成形工艺的体积热源组合式作用模式。把组合式模式应用到K-PAW焊接成形热过程中的SYSWELD软件有限元数值模拟分析中,计算了不锈钢K-PAW焊接工艺中的温度场及成形焊缝的结构尺寸大小,结果表明了所采用热源模式的准确性。     

2A14铝合金变极性等离子横向焊缝成形特点

对6 mm厚2A14铝合金变极性等离子弧横向焊接的难点及焊接工艺参数的特点进行了研究,通过横向焊穿孔熔池受力分析,阐释了变极性等离子横向焊缝成形缺陷产生的原因.变极性等离子弧横向焊接的难点是焊缝正面和背面的咬边缺陷及焊缝上部(靠近熔合线)宏观气孔的聚集.稍小的焊接线能量有利于消除横向焊缝正面咬边缺陷,稍大的焊接线能量有利于消除焊缝背面咬边缺陷.分析认为变极性等离子横向焊缺陷的产生与穿孔熔池受力平衡及重力方向改变导致的流动密切相关.     

铝合金LB-VPPA复合焊接热源特性

以Al-Mn系铝合金LB-VPPA(laser beam-variable polarity plasma arc)复合焊接热源特性为研究对象,采用Y4-S2型高速摄像仪和汉诺威焊接质量分析仪分别研究了LB-VPPA复合热源焊接过程中的电弧形态的变化、焊接电流、电压的特征信息. 结果表明,激光对VPPA焊接电弧有吸引作用,并且与VPPA正、反极性作用机理不同. 正极性阶段发现激光被压缩于VPPA电弧内部且作用于电弧根部,而反极性阶段在VPPA电弧上方会出现一个等离子体柱. VPPA焊电弧根部等离子体对激光的逆轫致辐射吸收,电弧因温度升高而膨胀导致其横截面积变大;同时引入激光为VPPA焊接电弧提供了大量自由电子,电流密度增加、导电性增强、电导率提高、电阻减小,导致电弧电压下降了约3~4 V. 随着激光功率的增加,激光对VPPA电弧作用效果明显增强.     

变极性等离子电弧力学行为研究

研究了变极性等离子孤焊接工艺参数对变极性等离子电孤力的影响规律,提出了变极性等离子电孤的力学特性,它是变极性等离子电孤的重要特性之一,试验结果对中厚板铝合金变极性等离子孤焊接工艺稳定性以及焊接过程控制有重要的指导意义。     

厚板铝合金变极性等离子弧焊工艺

分析铝镁合金的焊接特性和变极性等离子弧焊的焊接特点及氩-氦电弧的特性,依据8～12 mm板厚5083的焊接经验,选用变极性等离子弧焊,分别采用氩气、氩气+氦气作为保护气体,对16 mm厚的5083铝合金进行焊接试验,通过优化焊接工艺参数,获得良好的焊缝成形;按JB/T 4730《承压设备无损检测》的要求对获得的焊接接头进行射线检测和渗透检测,通过机械性能试验验证焊接接头的机械性能,各项检测及试验结果均符合NB/T 47014《承压设备焊接工艺评定》的要求,获得的焊接工艺规范参数在高压封闭电器外壳筒体的焊接中稳定应用。     

同步方波交流电源负半波时间随总电流增加而增加的原因

对同步方波交流电源（ＳＹＮＣＲＯＷＡＶＥ－３００（Ｓ）方波交流电源）的负半波时间随总电流增加而增加的原因进行了详细的试验研究和理论分析。结果表明：这种陡降特性的可控硅－电抗器式的交流电源的总电流的增加必须通过增加负半波的时间才能实现。这将会造成铝合金交流ＴＩＧ焊和等离子弧焊在大电流焊接时钨极严重烧损，降低电弧和焊缝成型的稳定性。该结论不但对更好地理解可控制硅－电抗器式方波交流电源的工作原理有重要的     

变极性等离子电弧压力的影响因素分析

利用U形压力计测试了不同工艺参数条件下的变极性等离子焊接的电弧压力,利用正交试验测试了不同正极性电流、反极性电流、正反极性时间比和等离子气流量四种参数条件下的电弧压力.结果表明,电弧压力随着这些因素的增加而增加,而四种因素对电弧压力影响的大小依次为:等离子气流量>正极性电流>正反极性时间比>反极性电流.分析原因,等离子气流量是通过冷却压缩提高电弧压力,压缩了电弧尺寸,而焊接电流则通过电磁压缩,但也提高了电弧半径.由于正反极性阶段电弧压力的差异较为明显.因此正反极性时间比对电弧压力也有显著的作用.

Abstract：

VPPA pressure was measured at different welding parameters by U-tube barometer method. The effects of different welding conditions on arc force, including straight polarity current, reverse polarity current, time ratio, plasma gas flow rate were analyzed by the orthogonal experiment. The results indicates that VPPA pressure increased with these four parameters, and the influences of the welding parameters are in order of plasma gas flow rate, straight polarity current, time ratio, and reverse polarity current. Then the mechanisms were discussed. The plasma gas can cool and compress the arc column and compress the arc radius, which increases the VPPA pressure; while the welding current increases the arc radius by electromagnetic compression, which enhances the VPPA pressure. Moreover, due to the great difference of VPPA pressure between straight polarity phase and reverse polarity phase, time ratio is also one of key factors to VPPA pressure.     

变极性等离子电弧形态对电弧力的影响

研究了变极性等离子弧焊接工艺中,电弧形态及力学行为随焊接过程变化的现象,提出了变极性等离子电弧力学行为随电弧形态的改变而变化的规律。通过高速摄像以及对电弧力和电流的同步检测,证实了联合型等离子弧在反极性时间内易形成双弧的事实。     

SACTIG与VPTIG电弧稳定性的对比分析(二)

利用高速录像系统、焊接电弧测试分析仪同步实时采集正弦交流TIG(SACTIG)和变极性TIG(VPTIG)焊接电流、电弧电压、电弧形态信息,以再引弧过程中两电极空间气体的平均电导变化率为判据,建立了VPTIG电弧稳定性数学模型;比较分析了SACTIG与VPTIG焊接电流过零期间,焊接电弧稳定性与相关电学参数之间的关系.试验表明,VPTIG与SACTIG电弧本质上同属ACTIG电弧,虽然两者相关电学参数对电弧稳定性影响的规律方面是一致的;但是VPTIG与SACTIG电弧在产热、散热、极性转变特性、焊接电源空载电压、焊接电流波形等方面存在差别,两者电弧稳定性表现出许多不同特点.VPTIG和SACTIG焊接电弧稳定性分别随VPTIG焊接电源施加在两电极之间空载电压的上升斜率和SACTIG电源空载电压频率增大而提高;再引弧电压Ur越高电弧越不稳定;焊接电源空载电压越高电弧越稳定;焊接电流越大电弧越稳定.     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.