高效双丝MIG/MAG脉冲焊系统及工艺

高效焊接方法是实际生产的迫切要求,据此本文提出了推挽式双丝脉冲焊工艺,介绍了以单片机为核心的双丝脉冲焊控制器的原理及功能,建立了双丝气保护脉冲焊系统。采用熔化极氩弧焊进行双丝脉冲焊工艺实验,研究了双丝脉冲焊两路参数对焊接过程的影响,对电弧进行了高速摄影。试验结果表明：所设计的推挽式脉冲双丝焊系统是成功的;高速摄像也证实实现了一脉一滴的熔滴过渡。     

脉冲电压峰值对双丝脉冲MIG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响

建立了双丝M IG焊工艺试验研究平台,该试验平台主要由Tandem型双丝焊系统、信号采集系统、高速摄像(摄影)系统以及脉冲控制系统等部分组成.在此基础上研究了脉冲电压峰值对双丝脉冲M IG焊熔滴过渡及焊缝成形的影响.结果表明,前丝脉冲峰值电压对熔滴过渡的影响比较显著.前丝脉冲峰值电压较低时,熔滴过渡形式为射滴过渡,前丝脉冲峰值电压较高时熔滴过渡形式为一脉一滴过渡形式,过大的前丝脉冲峰值电压的熔滴过渡形式为大滴过渡.前丝脉冲峰值电压越高,焊缝熔宽和熔深越大,过高的前丝脉冲峰值电压会导致焊缝表面质量恶化.     

双丝三电弧焊中熔滴过渡及焊缝成形机理

为了验证双丝三电弧焊接过程中M弧不同的电流、脉冲频率对其熔滴过渡行为的影响;试验搭建了双丝三电弧焊的焊接系统以及高速摄像与波形同步采集系统.结果表明,熔滴过渡行为变化的主要原因是在M弧作用下熔滴的受力变化.其次,熔滴过渡行为和M弧电流的变化存在着对应关系:随着M弧电流增大,熔滴过渡行为依次为焊缝成形最佳的短路过渡+射流过渡、以及成形依次变差的大滴过渡、射滴过渡、射流过渡.随着M弧脉冲频率增加,熔滴过渡行为依次为一脉多滴、一脉一滴、多脉一滴三个阶段;其中焊接成形最理想的为一脉一滴的熔滴过渡阶段.     

双丝MIG焊焊缝成形试验研究

为了研究双丝焊焊接效果的影响机理,利用高速摄像和电信号结合的方法,观察了双丝脉冲MIG焊的熔滴过渡,研究了熔滴过渡的特点;针对双丝MIG焊高熔敷效率的特点,对不同焊接参数下单丝焊和双丝脉冲MIG焊的熔敷速度和焊缝成形进行了对比分析.试验结果表明,采用脉冲喷射过渡方式,可获得稳定的双丝MIG焊接过程,在相同焊接质量的条件下,双丝焊的熔敷效率和焊接速度明显高于单丝焊,焊缝成形系数更好,同时减小了由于高速焊接造成的焊缝咬边的倾向,而且试验所测的焊缝宽度,与预测焊缝宽度的三维模拟方程的模拟值基本一致.     

激光功率对激光-双丝脉冲MIG复合焊接电弧形态及熔滴过渡的影响

通过搭建激光-双丝脉冲MIG复合焊接系统,利用高速摄像与电信号采集系统对激光-双丝脉冲MIG复合焊接在不同激光功率下的电压电流信号及高速摄像信号进行同步采集,研究激光功率对焊接过程的电弧形态、熔滴过渡过程的影响.结果发现,由于激光等离子体与电弧等离子体的相互作用,电弧形态和熔滴受力状态发生改变.随着激光功率的增大,激光对电弧的吸引能力增强,促进熔滴过渡的等离子流力竖直向下的分力减小,熔滴过渡频率降低.     

脉冲MIG焊不稳定过渡过程的观察与分析

基于高速摄像和电信号分析系统,采集了一定焊接工艺参数下脉冲MIG焊焊接过程的电信号,借助电信号小波分析设备对不稳定焊接过程进行了宏观分析,并对焊接熔滴过渡过程中的不稳定现象进行了高速摄像观察.观察发现,脉冲MIG焊不稳定焊接过程呈现出多种熔滴过渡形式,过渡熔滴形状多样,熔滴尺寸不均匀,熔滴形成过程中重心不稳,熔滴爆炸引起飞溅以及熔池振荡.通过对焊接过程不稳定现象的观察与分析,指出焊丝熔化能量的随机性以及熔滴上综合作用力的随机性是熔滴尺寸具有不确定性的根源.对脉冲MIG焊焊接过程不稳定现象的研究将有利于对焊接工艺性能进行有效控制.     

铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡及电信号分析

文中搭建了三丝双脉冲MIG焊系统,采用高速摄像电信号同步采集系统对焊接过程进行实时监测,研究了铝合金三丝双脉冲MIG焊熔滴过渡行为以及双脉冲频率对焊缝成形的影响. 结果表明,弱脉冲向强脉冲过渡时,熔滴过渡表现为一脉一滴;强脉冲向弱脉冲过渡时,在开始阶段,焊丝发生再引燃,在结束阶段,熔滴过渡表现为两脉一滴;双脉冲频率增加,焊缝鱼鳞纹变密,双脉冲频率为3 Hz时,鱼鳞纹疏密均匀,焊缝成形最佳.     

高强铝合金厚板双丝MIG焊工艺的初步研究

建立了高强铝合金双丝MIG焊熔滴过渡高速摄像系统以及焊接参数采集系统,获取了不同工艺规范下的脉冲熔滴过渡形式.实验表明一脉一滴工艺规范焊缝成形好,工艺过程稳定,应为首选过渡形式.确定了在一脉一滴情况下的焊接工艺规范参数区间,在此区间内可以实现稳定的一脉一滴熔滴过渡,为控制焊接热输入量及焊缝成形奠定了基础.     

基于Fluent的GMAW焊接熔滴过渡过程的动态模拟

利用计算流体力学商业软件Fluent模拟熔化极气体保护焊(GMAW)焊接过程的熔滴脉冲过渡中一脉一滴和两脉一滴的过渡形式.建立了基于流体动力学和电磁理论的熔滴过渡的数学模型,模拟了熔滴形成、长大和脱落的过程.同时进行同等参数下的焊接试验,利用高速摄像系统拍摄了熔滴过渡的动态过程.结果表明,模拟结果与试验结果吻合.熔滴一脉一滴的过渡形式主要受焊接电流的影响,利用模拟的方法可以大致给出范围,指导焊接试验,从而减少试验量.     

机器人四丝共熔池脉冲MAG焊

设计开发基于DSP的四丝脉冲MAG焊控制器,构建机器人四丝脉冲MAG焊系统,并进行了机器人四丝脉冲MAG焊的焊接试验,对不同相位关系下的四丝脉冲MAG焊熔滴过渡行为进行了高速摄影分析。试验结果表明,该四丝脉冲MAG焊控制器性能可靠、稳定,可实现双丝、四丝的脉冲MAG焊接;基于四丝脉冲MAG焊控制器的机器人焊接系统,能够较大幅度提高焊接速度和熔敷率,提高焊接生产效率。对两种不同脉冲相位关系熔滴过渡的高速摄影图片的观察分析表明,交替和随机脉冲相位关系在多丝焊中可以较好地实现一脉一滴的熔滴过渡模式,且焊缝外观质量较好。     

Effect of pulse M-Arc frequency on Tri-Arc DE droplet transfer and weld forming

In view of the unstable welding process of Tri-Arc DE, surfacing test with Q235 steel plate was completed with the help of the self-built high-speed camera and waveform synchronous acquisition system using the Tri-Arc DE technology. The effects of pulsed M-Arc frequency on Tri-Arc DE droplet transfer and weld formation were analyzed. The results show that while the gradual increase of pulse frequency, the droplet transfer frequency gradually decreases, which is followed by several drops per pulse, one drop per pulse, and one drop within several pulses. The most ideal transfer form is one drop per pulse, of which the welding process is the most stable, and the quality of weld formation is the most satisfied.     

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．     

脉冲频数对pulsed DE-GMAW焊缝成形的分析

针对脉冲旁路耦合电弧焊（pulsed DE-GMAW）焊接过程中熔滴过渡和焊缝成形控制难题,基于高速摄像等在内的硬件系统和xPC的快速原型软件系统构成的试验系统,对不同的脉冲数量对熔滴过渡和焊缝成形的影响进行了分析.结果表明,在主路电流不变的情况下,随着双脉冲旁路电流的峰值脉冲数增加,自由过渡的次数增加;随着双脉冲旁路电流的基值脉冲数增加,短路过渡的次数增加.但较多的短路过渡次数会导致焊接过程不稳定,产生较大飞溅.在此基础上,确立了双脉冲旁路电流的双脉冲峰值脉冲数与基值脉冲数匹配来控制熔滴过渡方式,因此获得较好的焊缝成形.     

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.     

熔化极脉冲焊熔滴过渡合理形式的研究

本文利用高速摄影机和示波器研究了钢焊丝熔化极脉冲焊的各种熔滴过渡形式,试验是在平焊和仰焊位置进行的。作者指出虽然一脉冲一滴和一脉冲多滴的过渡形式在平焊和仰焊位置都能提供稳定而有力的轴向熔滴过渡,但前者只能在很窄的焊接规范区存在,而后者有较宽的焊接规范区间。因此一脉冲多滴的过渡形式是更合理的。熔化极脉冲焊存在两个区分不同熔滴过渡区的临界电流。第一个称为“临界脉冲过渡电流”它是一脉冲过渡一滴的下限电流。第二个称为“临界跳弧电流”,它是一脉冲过渡多滴的下限电流。文中还对熔化极脉冲焊的电弧形态与熔滴过渡形式的关系进行了研究和讨论。发现一脉冲多滴过渡的产生过程总是伴随着“跳弧”现象,亦即附着在熔滴端面上的烁亮弧根突然上跳到缩颈的根部。这种跳弧现象在一定的脉冲电流幅值和相应的脉冲电流时间产生。在通常的熔化极气电焊中,当由颗粒过渡转变到射流过渡时也出现这种跳弧现象。实质上,常规的熔化极气电焊过程的临界电流就是连续电流下的临界跳弧电流。下面的现象可说明这一点,在熔化极脉冲焊过程中,当延长脉冲电流时间时,临界跳弧电流将逐渐接近常规熔化极气电焊的射流过渡临界电流。在一脉冲一滴和一脉冲多滴的过渡过程,在脉冲电流停止后还能出现熔滴脱离的现象,这可能是由于焊条熔化金属运动的惯性和焊条端头上金属细液柱的失稳现象所引起的。     

脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为研究

将脉冲等离子电弧与MIG电弧同轴复合,期望利用等离子弧脉冲峰值电流产生的高速等离子射流冲击熔滴和熔池,促进熔滴过渡,同时增加焊缝熔深。开发了一套高速视觉与电信号精确同步的焊接数据采集系统,对脉冲等离子-MIG复合焊熔滴过渡行为进行研究。研究发现将等离子电流调制成脉冲波形,等离子弧对工件总体热输入下降,等离子峰值电流产生的等离子流力可以有效促进熔滴过渡。在此基础上深入分析了等离子脉冲峰值电流、脉冲宽度及熔滴在等离子弧过渡位置等参数对熔滴过渡的影响,获得了脉冲等离子-MIG复合焊一脉一滴过渡的工艺参数窗口。     

高铬镍奥氏体焊丝Ar/He/CO2保护脉冲GMAW电弧形态与熔滴过渡

为解决高强度Cr-Ni奥氏体焊丝脉冲GMAW电弧挺度不足,熔滴过渡不稳定的问题,文中采用高速摄像手段对Ar/He/CO₂不同组合气体保护下的脉冲GMAW电弧形态与熔滴过渡进行了对比研究,以期优化混合气体成分.结果表明,氩气弧熔滴过渡容易,但电弧漂移、挺度差;氦气和CO₂气体的加入可提高电弧挺度、增大电弧能量、熔滴过渡变为1脉多滴,先一个大滴,接着几个小滴;氦气的比例越大,第一个熔滴的尺寸越大;CO₂气体可克服阴极斑点漂移,但比例不能超过5%;40% Ar+58% He+2% CO₂三元组合的电弧挺度大,熔滴过渡均匀平稳,是奥氏体焊丝脉冲GMAW厚板焊接较理想的混合气体组分.