受控脉冲穿孔PAW对接焊过程控制的试验研究

将受控脉冲穿孔等离子弧焊接系统应用于中厚度板的对接焊.对接焊工艺中板间存在的缝隙会对尾焰电压测量结果和穿孔状态带来不利影响,造成控制系统对穿孔状态误判而达不到良好焊接效果,需要对系统进行改进实现良好穿孔过程.基于受控脉冲控制策略和工件合理的装配,避免等离子弧从对接工件缝隙透过而引起的系统误判.开展6 mm和8mm厚度304不锈钢平板的对接焊控制试验,找到合理的工艺参数.设计一组变厚度不锈钢板对接试验,考察系统在对接焊条件下的控制效果.控制系统根据测量的表征穿孔状态的尾焰电压信号,实时调节焊接电流峰值及其下降沿斜率;随着板厚的减小,系统做出快速调节,一脉一孔的动态过程平稳,控制效果显著,焊缝成形质量良好.     

变极性等离子弧立焊穿孔熔池的稳定建立

改进焊接工艺控制时序,编制起弧系统控制平台及信号采集程序。采用改进的起弧系统对2219铝合金和LF6铝合金薄板及中厚板进行变极性等离子弧立焊工艺试验,利用红外线测温仪检测起弧过程中焊接熔池区域附近的点随预热时间的温度变化,并把该曲线上的临界温度作为检测穿孔熔池是否形成的标志,计算机根据穿孔时刻的临界温度控制焊件行走的使能信号。研究表明：改进的起弧系统能够简化设备操作,提高自动化程度与工作效率;在穿孔形成的瞬间,检测点的温度有一个从高到低的突变过程(穿孔前的瞬间温度达到临界值),而且对于同一检测点,多次测量得到的临界温度基本稳定;起弧阶段向主焊接阶段过渡稳定,能够实现穿孔熔池的稳定建立,从而验证改进的起弧控制系统的可行性及可靠性。     

TIG-MIG复合焊电弧间相互作用对焊接过程的影响

根据毕奥-萨伐尔定律,对惰性气体钨极保护-熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas-metal inert gas,TIG-MIG)复合焊TIG-MIG电弧间相互作用模型进行改进;结合不同倾斜电弧下电流密度分布的自适应模型,建立TIG-MIG复合焊的电弧力-热模型。对不同焊接电流下TIG-MIG复合焊电弧倾角展开计算,分析复合焊电弧间相互作用力对工件上热流密度分布和焊缝成形的影响,发现两电弧之间存在的排斥力能够增加TIG电弧的垂直度,从而提高TIG电弧热流密度,同时MIG电弧是影响TIG-MIG复合焊焊缝成形的主要因素。研究复合焊焊枪间距和两焊枪的前后位置对焊接过程的影响,发现TIG焊枪在前、MIG焊枪在后的方式更有利于焊接过程稳定。计算结果与试验结果的对比表明,所建立的模型能够较好地描述TIG-MIG复合焊接物理过程,这对优化其焊接工艺参数具有一定的指导意义和实际应用价值。     

激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中,主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现,随着激光功率增加,电弧偏转角先减小后增加,在1 000 W附近偏转角最小,焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡,而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡,熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好,电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时,引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值,分别为8.6Hz和6.3Hz。     

大厚度铝合金变极性等离子弧穿孔立焊技术

研制以16位单片机为控制核心的双逆变型铝合金变极性等离子弧穿孔立焊专用设备,测试并分析变极性等离子电弧力学特性,对变极性等离子弧稳定性、电弧力和电弧能量的传递特征进行了深入的探讨。研究发现铝合金变极性等离子穿孔焊接中正极性电弧对力更具影响,而反极性电弧对热更具影响,实时保持穿孔熔池上热和力的平衡是厚板变极性等离子弧稳定穿孔焊接关键所在。用自行研制的设备成功实现了15 mm LD10铝合金变极性等离子弧穿孔立焊工艺,研究结果对于将变极性等离子弧焊接工艺应用到我国航空航天等领域具有重要的现实意义。     

模具的等离子弧喷焊

本文介绍了采用等离子弧喷焊对模具进行喷焊的工艺特点和工艺参数的选择,经喷焊的模具其使用寿命提高5～6倍。     

基于TIG焊电弧-熔池统一模型分析焊接电弧

以TIG焊电弧为研究对象,建立了电弧—熔池的统一模型,并在此模型的基础上对焊接电弧进行了分析。建立此模型就避免了对阳极表面温度的假定,使得对焊接电弧的分析与实际情况更近了一步,从而也为将焊接电弧和熔池作为一个整体来进行分析奠定了基础。采用ANSYS软件分析并得到了阳极表面温度的变化情况,阳极表面电流密度的分布状况,得出热流密度与电流密度分布规律的一致性。并从电磁力和流体流动的角度揭示了电弧压力产生的原因,并通过试验验证了电流密度和电弧压力的分布情况。     

全位置熔化极气体保护焊的电弧控制

随着压力容器、管道工程、海洋、舰船和原子能等技术的高速发展,要求采用全位置自动焊接的地方越来越多。采用TIC焊进行全位置焊接可以获得纯净优质的焊缝,但是生产效率太低。熔化极气体保护焊是一种生产效率高、成本低、容易实现自动化的焊接方法,近年来在压力容器、管道工程、舰船生产、机械制造和机车车辆等行业得到广泛的应用。但是,由于熔滴过渡和电弧的特殊性,要能满足全位置焊接的要求,必须对电弧进行控制。     

激光-电弧复合焊接头研究进展

简述了当前国内外激光-电弧复合焊接研究的现状,对典型的激光-电弧复合焊接头做了详细对比,并根据不同的复合方式分别介绍了旁轴及同轴复合2种结构,给出了各种复合结构的优点与不足。最后介绍了自行研制的旋转双焦点激光-电弧复合头,并验证了旋转双焦点激光-电弧复合焊的优点。     

等离子弧焊匙孔对电弧物理特性影响规律的研究

匙孔是等离子弧焊的重要特征。建立等离子弧焊电弧数值模型,对比分析含匙孔和不考虑匙孔的两种情况下,电弧温度场、流场、电磁场等物理特性的差异性,揭示匙孔对等离子弧物理特性的影响规律。采用光谱诊断方法计算电弧温度分布,从而验证模拟结果。数值模拟研究结果表明,匙孔的出现,导致电弧体积增大,弧柱区平均电流密度下降,从而导致电弧最高温度降低约2 400K,等离子体最大流速从437m/s降低到349m/s。匙孔直径沿匙孔深度方向减小,对电弧产生附加的机械压缩作用,使匙孔底部电弧的温度和速度上升。数值模拟与光谱诊断获取的轴线上温度大小及变化规律相接近,证明电弧数值模型的可靠性,也说明建立等离子弧数值模型时,应当考虑匙孔的影响。     

穿孔等离子弧焊发展历史与现状

阐述穿孔等离子弧焊的工艺特点和技术优势,回顾其４０多年的发展历史及在应用发展过程中存在的主要问题与解决的途径和方法。介绍几种在等离子弧焊基础上派生的新工艺和新技术。     

考虑小孔后向偏移的等离子弧焊接热过程模型

在穿孔等离子弧焊接过程中,背面小孔中心相对于焊枪轴线存在一定的偏移。深入研究小孔孔道后向偏移时所涉及的熔池与小孔瞬态演变行为和传热过程,对于优化以背面小孔中心偏移量为控制参数的控制方法,保证焊缝成形质量具有重要意义和实用价值。针对穿孔等离子弧焊接中小孔的形成特点,建立随小孔形状动态调整的组合式体积热源模型,并在热源模型中引入热源中心向后偏移的参量,间接反映背面小孔后向偏移对穿孔等离子弧焊接热过程的影响。在小孔形状方程中,增加等离子流后推力,间接描述等离子流对熔池流体的后推作用。利用建立的三维瞬态熔池与小孔的数学模型,分析等离子弧焊接过程中温度场和小孔形状的瞬时演变过程。将工件背面小孔形状尺寸和穿孔时间等模拟结果与试验结果进行对比,两者基本吻合,对所建立的数学模型进行验证。     

活性激光电弧复合焊接法研究

为了进一步提高激光电弧复合焊接的熔深,提出活性激光电弧复合焊接法。在氧气的保护下,用小功率光纤激光在待焊焊件表面进行预熔处理,使表面熔化生成一层氧化层,然后用激光电弧复合焊接覆盖氧化层,达到增加熔深的目的。结果表明,激光预熔后进行激光电弧复合焊接,电弧明显收缩,熔深增加1.5倍左右,表面成形良好。激光预熔后,焊缝含氧量增加,熔池表面张力温度系数由负变正,使得复合焊接熔深增加。研究工艺参数对焊缝熔深和熔宽的影响,随着激光预熔功率的增加,熔深增加熔宽减小;随着电流的增加,熔深熔宽都增加,但激光预熔后的焊道增加更快。随着复合焊接速度的增加,熔深和熔宽都减小。随着复合焊接中激光功率的增加,熔深增加,对熔宽的影响较小。利用活性激光电弧复合焊接法,可以得到较为细小的焊缝组织,提高焊接接头的抗拉强度,能达到母材抗拉强度的95%,且面弯和背弯180°后未出现裂纹,表明接头具有良好的韧性。     

低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接,研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光"匙孔"行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数,对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明,激光"匙孔"和"匙孔"等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件,恰当的工艺参数可以使得激光"匙孔"维持稳定的开口状态,这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度,延长了镁等离子体的恢复时间,因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。     

潜弧焊极限厚度接头工艺试验

通过对极限厚度TA15合金焊接接头的工艺试验,分析了潜弧焊焊接极限厚度接头过程不稳定的主要原因,找出焊机控制机理及各焊接工艺参数对焊接过程及焊接质量的影响规律,并改进极限厚度焊接接头工艺方案;观察和分析了焊接接头的组织特征,测试了接头的力学性能。结果表明:TA15合金焊缝组织较母材差别明显;焊缝强度与母材相当,但塑性降低;应用改进后的焊接工艺方案成功焊接极限厚度焊接试件,焊接过程稳定,焊缝质量优良。     

探究焊条电弧焊单面焊双面成型焊接技术

焊条电弧焊单面焊双面成型技术是焊工施工中的一项重要技术,应用广泛,操作难度较大,对于焊工的要求较高,这就需要相关从业者对这一技术进行详细地了解,不断提高自身的操作水平。     

超声钨极氩弧复合焊接电弧压力特征研究

为了揭示超声钨极氩弧(Tungsten inert gas,TIG)复合焊接电弧特性,采用小孔法获得的稳定电弧压力分布形式,分析超声能量作用下电弧压力分布形式与普通电弧压力分布形式之间区别。研究焊接电流、电弧长度及保护气喷嘴高度对压力分布的影响。试验中发现,电弧长度由2mm增加到6.2mm时,与普通电弧压力一直减小不同,复合电弧的压力分布呈现出周期性变化,并且在弧长为4.4 mm时,电弧压力达到最大值。普通TIG焊接中不作为工艺参数的保护气喷嘴高度,在复合焊接中对压力分布有很大影响,喷嘴高度由2mm升高到5mm,电弧压力峰值从170.8Pa减小到60.5Pa。试验结果表明:超声钨极氩弧复合焊接方法能获得较高的电弧力,并且压力分布接近于高斯分布,有利于增加焊接熔深,提高焊接生产效率。     

奥氏体不锈钢件的等离子弧焊接工艺研究

等离子弧焊接技术是近年来发展起来的机械零部件焊接新技术。本文研究了等离子弧焊接技术在奥氏体不锈钢零部件损伤修复中的应用,提出了等离子弧焊接修复奥氏体不锈钢件的工艺及条件。