不锈钢超高频直流脉冲GTAW焊缝成形行为

基于超高频直流脉冲钨极氲弧焊技术（UHF—GTAW,ultrahigh frequency pulsegas tungsten arc welding）,完成了0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝熔透特性试验,研究分析了超高频脉冲方波电流对焊缝成形及熔池金属流动的影响规律．结果表明,在高频脉冲电流作用下,熔透率随频率增加而增大,在同等平均电流条件下,当脉冲频率达到80kHz时,熔宽减小,熔深最大增加了88．7％,熔透率显著提升,至少增大了24．6％以上．结合试验数据对熔池流动行为进行了理论分析,讨论了熔池内部电磁力对焊缝成形的作用及对流体的驱动效果．     

基于氩弧焊的0Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝成形行为分析

以0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢作为实验研究对象,采用直流钨极氩弧焊的焊接方式对0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行焊缝熔透性实验,分析超高频脉冲电流、占空比和弧长等因素对0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝熔透率的影响。结果表明,0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝的熔透率是随着脉冲频率的升高而不断的增大,占空比较小时熔透性对脉冲频率会更敏感,而弧长的变化对其没有显著影响。     

脉冲电流频率对TC4钛合金焊缝成形的影响

基于超高频脉冲钨极氩弧焊技术,完成了TC4钛合金焊缝熔透特性试验,研究分析了脉冲电流频率对焊缝成形参数的影响及其作用规律.结果表明,脉冲频率f≤65kHz时,熔深、熔宽随脉冲频率的变化趋势基本一致,与常规直流相比,熔宽至少降低了12%;当f处于20~40 kHz的范围内,深宽比上升趋势明显,脉冲频率进一步增加,深宽比的变化趋于稳定;f>70 kHz时,熔宽最大减小了约35%,熔深小幅增长,深宽比提高显著.结合电弧形态试验结果分析发现,超高频脉冲电流引起的电弧形态变化是焊缝成形随脉冲频率变化的主要原因.     

HPVP-GTAW电弧力及焊接质量分析

分别以3种不同材质铝合金平板材料为试验对象,研究分析了复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接(HPVP-GTAW)过程中电弧力的变化及其对焊缝成形特征和接头力学性能的影响.结果表明,与常规变极性氩弧焊工艺相比,脉冲方波电流的加入使得HPVP-GTAW电弧力显著增加,同时焊缝熔透率大幅提高,接头力学性能得到明显改善和提高;保持脉冲电流幅值和占空比基本不变,在10～80 kHz范围内,脉冲电流频率对焊接过程产生了重要影响,频率为40 kHz时,HPVP-GTAW电弧力和焊缝熔透率均达到最大,分别约为常规变极性焊接电弧的1.9倍和1.7倍.     

2A14-T6铝合金复合超高频脉冲方波变极性GTAW焊缝成形特征

以2A14－T6高强铝合金为对象,借助焊缝成形参数来评价复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊（HPVP-GTAW）焊缝成形的特征,研究了HPVP—GTAW过程中超高频脉冲方波电流参数对焊缝成形的影响．结果表明,与常规VP-GTAW电弧焊相比,在焊接过程中加入超高频脉冲方波电流可以提高焊缝熔透率,改善焊缝成形;在脉冲电流幅值和占空比一定时,脉冲电流频率对HPVP－GTAW焊缝成形影响显著;正极性持续期间有效电流保持基本一致（变化范围±5A）条件下,在一定范围内提高脉冲电流频率,增加脉冲电流幅值,同时减小占空比,可明显提高铝合金HPVP－GTAW焊缝的熔透率．     

铝合金熔化极脉冲氩弧焊单面焊双面成形的研究

本文通过对铝合金电弧焊实现单面焊双面成形所必须条件的分析,说明欲实现铝合金单面焊双面成形,应在工件整个厚度熔透的前提下尽可能限制合力P和提高表面张力F表。同时,通过焊接试验对影响熔化极脉冲氨弧焊电流的各敏感参数（包括脉冲电流波形、平均电弧电压和平均电弧电流、焊接速度、脉冲宽度比、脉冲频率、维弧电流及焊丝直径）对铝合金单面焊双面成形的熔透能力、电弧力和熔池下液面宽度的影响的分析研究,最终选择最佳的焊接参数进行试验,结果证明,熔化极脉冲氩弧焊工艺是解决铝合金单面焊双面成形的较好途径。当工件厚度在3～6mm范围内不开坡口用这种工艺可以较满意地实现单面焊双面成形。     

不同脉冲频率条件下2219-T87高强铝合金焊缝成形行为

采用复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧焊接技术完成了2219-T87高强铝合金平板堆焊试验,分析了脉冲电流频率对焊缝成形特征的影响及其规律.结果表明,脉冲电流频率对电弧特性及熔池流动行为有较大影响,造成焊缝熔宽、熔深及熔透率出现显著变化.脉冲频率f_H<60 kHz时,焊缝熔宽、熔深随脉冲频率的增加而增大,熔透率在f_H<35 kHz时基本保持不变,在f_H>35 kHz时出现显著提升,较常规变极性氩弧焊(VP-GTAW)至少提高了34%;当脉冲频率达到60 kHz时,焊缝熔透率达到最大,较VP-GTAW提高了约60%;脉冲频率f_H>65 kHz时,熔宽、熔深及熔透率呈现回落趋势.     

脉冲变极性等离子弧焊接信号的检测与分析

为了分析脉冲变极性等离子弧(variable polarity plasma arc, VPPA)焊接过程信号,通过数据采集卡与高速摄像机对脉冲VPPA焊接过程焊接电流、电弧电压、电弧形态及焊缝熔透状态进行了检测与分析。分析发现,系统输出电流均按给定变化,电弧形态也随脉冲电流变化而变化,系统运行稳定可靠。并对固定点焊接熔池振荡进行了分析,研究发现在焊点未熔透时,熔池振荡频率在75～90 Hz,而完全熔透时,振荡频率仅为15～25 Hz。因此,当熔池从未熔透转变为完全熔透时,熔池振荡频率发生突变。该现象可以应用于焊接质量在线控制,从而实现实时熔透控制。     

小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊的电弧及熔池行为研究

利用小功率脉冲激光-TIG电弧复合焊在2mm厚度的不锈钢上进行堆焊,研究脉冲激光束(持续时间4 ms、峰值300 W、频率15 Hz)对电弧形态、熔池行为和焊缝成形的影响。结果表明,脉冲激光加入后,电弧中心高温区发生膨胀,并将电弧阳极斑点稳定在激光斑点处,TIG电压发生升高。当脉冲激光作用到熔池上时,熔池液态金属迅速向后方流动,熔池长度迅速增大;激光脉冲消失1ms后,熔池长度才开始逐渐减小,2 ms后液态金属向前回流,致使焊缝表面形成了鱼鳞纹,改善了焊缝表面成形。激光-TIG电弧复合焊的熔深是TIG焊的1.77倍,是激光焊熔深的2.6倍。而在相同熔深下,复合焊接速度比TIG焊提高了50%。     

焊接工艺——熔焊

双电极奥氏体不锈钢焊条单弧焊工艺研究;弧焊时保护气流的延伸长度;摆动电弧埋弧焊的数学建模与仿真;螺旋埋弧焊管双丝高速焊工艺参数的优化;直缝焊管预焊缺陷对埋弧焊质量的影响及控制;直流脉冲埋弧焊工艺的焊接接头组织分析;电弧作用下熔透型TIG焊熔池液面行为的数值模拟。     

Investigation into arc constriction by active fluxes for tungsten inert gas welding

Abstract

Mechanisms by which active fluxes increase the penetration of conventional tungsten inert gas (TIG) welds (so called A-TIG welds) are reviewed. The most dominant mechanism for increased penetration is considered to be arc constriction rather than a change in the surface tension of the molten pool. An experimental programme of work was carried out using A-TIG flux in combination with a number of welding processes. The plasma process was investigated as it gives greater penetration than conventional TIG welding by increasing current density. The CO₂ laser and electron beam processes which do not rely on a current carrying arc as the heat source for welding were also investigated. Macrosections taken from the welds made by these processes showed that the A-TIG flux was only effective when the weld pool was produced by an arc or plasma. Where there was no arc or plasma present, the flux had little effect.     

Effects of pulse parameters on arc characteristics and weld penetration in hybrid pulse VP-GTAW of aluminum alloy

A novel ultrafast-convert hybrid pulse variable polarity gas tungsten arc welding process(HPVP-GTAW)is developed.High frequency pulse square-wave current which has a frequency of more than 20 kHz is exactly integrated in the positive polarity current duration.The effects of pulse current parameters on arc characteristics and weld penetration have been studied during the HPVP-GTAW process using Al-5.8 Mg alloy plates.The arc characteristics studied by arc voltage and its profile,weld penetration noted by the ratio of weld depth to width have been found to be influenced significantly by the pulse current.The experimental results show that the HPVP-GTAW process can improve the arc profile predominantly and obtain the higher weld penetration with lower heat input.The observation may help in understanding the weld characteristics with respect to variation in the pulse current parameters which may be beneficial in using the novel HPVP-GTAW process to produce the better weld quality of aluminum alloy plates.     

Arc characteristics of twin-wire indirect arc gas shielded welding

Twin-wire indirect arc gas shielded welding is a novel welding method. By recording the arc shape and welding parameters, the effects of welding parameters and included angle on arc characteristics are discussed in this paper. The experimental results show increasing welding current can prompt centralized and straight of arc due to increasing plasma force and electric magnetic pinch effect. Increasing arc voltage can increase the size and brightness of the arc, as a result of increasing arc energy. The reducing of included angle increases the electric magnetic pinch effect, the arc becomes slender and supplies higher energy. It is thought the smaller included angle is beneficial to obtain perfect weld bead.     

等离子电弧力的研究

从等离子电弧力的角度 ,探讨了等离子弧焊接工艺参数及其匹配的内在联系与规律性。在不同工艺条件下 (焊接电流、等离子气流量、电极内缩量以及喷嘴高度 )对等离子电弧轴向力进行了测量。并通过显著性分析 ,定量地认识和描述了各工艺参数对电弧轴向力的作用和影响。进而指出了获得稳定的小孔型等离子弧焊接过程的必要条件。本文的工作对于等离子弧焊接工艺参数的匹配及其过程的优化有重要的指导意义。     

P-TIG横焊根部焊道单面焊双面成形影响因素

TIG横焊打底焊作为大型汽轮机焊接转子关键制造技术之一,国外有关公司将其作为Know-How进行严格的技术封锁。文中开展了焊接工艺参数（电弧电压、焊接电流、脉冲频率和送丝速度）对P-TIG横焊单面焊双面成形影响的试验研究。结果表明,焊接电流对根部焊道单面焊双面成形的熔透性起着决定性的作用,其次是电弧电压;脉冲频率对正面焊缝成形的影响较大,而且对于抑制熔池金属的下淌倾向具有良好的效果;送丝速度和电弧电压对背面焊缝成形影响较大,当焊接工艺参数较小时,背面焊缝不能够成形。     

铝合金脉冲变极性等离子弧焊接工艺

研发了一种单电源双脉冲混合调制VPPA(variable polarity plasma arc,VPPA)焊接系统,在典型VPPA焊接基础上加入高低频调制脉冲,可输出1~5 kHz高频脉冲,1~2 Hz低频脉冲及高低频混合脉冲. 以3003铝合金为试验对象,采用脉冲VPPA焊接方法,对其进行焊接试验,并通过焊接接头拉伸性能测试、显微相组织分析及断口扫描电镜等手段对铝合金的焊接质量和接头性能进行了分析. 结果表明,由于高低频混合脉冲电流的周期性变化,对熔池产生搅拌、冲击作用,从而提高了焊接接头抗拉强度,细化焊缝晶粒组织,断口韧窝趋于均匀且密度增加,提高了铝合金焊缝质量.     

高频脉冲变极性焊接工艺性能研究

分析了高频脉冲电流对变极性焊接电弧特性、焊接工艺及焊缝性能的影响,试验结果表明,高频电流脉冲能够较大程度地压缩电弧等离子体、提高电弧轴向压力及电弧挺度,在相同焊接电流有效值的情况下,频率在5kHz以上的电流脉冲能将电弧力提高到普通变极性焊接的260%左右.同时高频脉冲电流能够提高变极性焊接的焊缝熔深,减小焊缝正面余高以及改善焊接效率.对于2219-T6时效强化铝合金而言,采用叠加10 kHz高频脉冲变极性焊接工艺,焊缝抗拉强度在未经任何焊后热处理的情况下能够达到300 MPa左右,相当于母材强度的67%.     

基于小波频带能的脉冲VPPA焊接熔透特征信息提取

焊缝熔透状态的监控对焊接过程质量控制和自动化生产的实现具有重要的意义。建立脉冲VPPA焊接系统,对脉冲VPPA焊接不同熔透状态的电弧电压进行小波分解,将其分解到不同频带,进行频带能量的计算,提取了与频带能量对应的熔透状态特征信息。研究结果表明：脉冲VPPA焊接电弧电压高频频带能量能够很好地反映焊缝熔透状态,当焊缝熔透状态发生变化时频带能量值产生突变,可作为脉冲VPPA焊接过程在线检测量,为脉冲VPPA焊接熔透实时控制提供一种新方法。