水下焊接高压空气环境下GTAW电弧特性

利用自制的高压干法水下焊接模拟试验平台,首次系统研究了高压空气环境下GTAW电弧特性.结果表明,空气环境下GTAW电弧的安全压力范围可高达0.7 MPa;高压空气环境下的GTAW电弧电压值为12～19 V,略高于同样压力的氩气环境下氩弧值,其电弧静特性在电流大于50 A时呈上升特性;随着空气环境压力升高,GTAW电弧的弧柱电场强度与阴阳极压降增加,导致电弧静特性曲线上移,其上升率约为5～10 V/MPa.在试验数据的基础上,建立了高压空气环境下的GTAW电弧电压数学模型,该数学模型可用于综合分析计算电弧长度、环境压力和焊接电流对GTAW电弧电压的影响.     

水下高压空气环境下GMAW电弧特性试验

采用高压试验舱模拟水下高压干式焊接环境,以压缩空气为气源进行加压,通过防燃爆试验验证在0.1~0.7 MPa范围内,在CO2和混合气(80%Ar+20%CO2)作为保护气源的情况下,可以进行正常的GMAW焊接过程.在此基础上,通过试验研究了高压空气环境下GMAW电弧特性,分别考察了环境压力、焊接电流、焊丝伸出长度和保护气种类及流量对焊接电弧特性的影响规律,并给出试验结果.借助最小二乘法对试验数据进行拟合,得出了高压空气环境下GMAW电弧电压的数学模型.     

水下高压干式焊接电弧的研究现状

主要研究了环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度、电弧热效率的影响及变化规律。试验是在焊接模拟压力舱中进行的。研究表明，随着环境压力的增加，弧柱压降及电流密度均增加，电弧也更明亮；电弧稳定性随环境压力的增加而下降。对高压环境下焊接电弧的进一步研究提出了建议。     

干式高压环境对TIG焊接电弧温度的影响

干式高压焊接时,环境压力对焊接电弧的影响不容忽视.电弧温度是焊接电弧物理特性的重要参数之一,测定高压环境下的电弧温度对于深入理解焊接电弧在高压环境下的物理特性,从而寻求改善水下干式高压焊接质量的新途径有重要意义.介绍了电弧等离子体光谱诊断方法,对高压环境下的TiG电弧光谱进行分析,建立了一套切实可行的高压环境电弧温度测量方法.对高压环境焊接电弧温度变化规律进行了分析,建立了环境压力与电弧温度的函数关系式,并对试验结果进行了讨论.研究结果对于高压环境焊接电弧物理特性的研究具有参考价值.     

水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧静特性

为了研究水下湿法焊接浅水环境下FCAW电弧特性,在自制的能够模拟不同水深的高压舱焊接系统内进行了一系列试验.并用编写的Lab View程序在采集到的电弧电压和焊接电流数据中选取焊接时较稳定的数据绘制电弧静特性曲线,对比分析了在相同的焊接工艺参数下常压空气中平板工件焊接和在浅水环境下水下湿法FCAW的电弧静特性,同时研究...     

高压空气环境下脉冲MIG焊电弧形态分析

介绍了水下焊接的发展现状和脉冲MIG焊接的特点,详细介绍了高压焊接试验系统,主要研究了在0.1～0.7MPa的空气环境中(即60m水深范围内)脉冲MIG焊电弧形态的变化及其规律。通过大量试验证明,随着环境压力的增大,电弧会出现一定程度的压缩,焊接电流增大也会导致弧长变短,而适当提高电弧电压可以有效解决弧长压缩的问题。试验结果同样表明,脉冲MIG焊应用于60m水深范围内是可行的。     

环境压力对GMAW电弧电离度的影响

电离度是表征电弧特性的重要指标之一,借助电离度来分析高压GMAW焊接过程,为高压GMAW焊接过程稳定性问题研究提供了一个新的视角. 采用光谱仪测试高压GMAW电弧空间点的光谱数据,使用Boltzmann法和Saha热电离公式计算出测量点的电弧电离度,从而获得高压GMAW电弧电离度的分布特征及其随环境压力的变化特性. 结果表明,随着环境压力增大,高压GMAW电弧电离度呈明显下降趋势,高压GMAW电弧电离度的减小意味着电弧空间中起导电作用的带电粒子比例减小,维持电弧稳定燃烧的难度增大,电弧稳定性下降. 另外,焊接电流增大有助于提高高压GMAW焊接过程的稳定性.     

高压干法GMAW电弧特性对焊接电源控制算法的影响

采用高压环境模拟舱对高压干法熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)进行了试验研究. 焊接电源采用数字增量型PID算法,在常压下进行控制器系数整定. 通过试验获得了环境压力为0.4,0.8,2 MPa时焊接电弧弧柱区的电场强度,理论推导了压力环境电弧特性的改变对焊接电源控制品质的影响规律,并将环境压力作为变量引入到控制器算法中. 采用常压下整定的控制器系数,在环境压力为0.8 MPa时,对算法改进前后进行了试验验证. 结果表明,改进后的焊接电源控制算法能够有效减少焊接电流的波动,从而提高了焊接过程稳定性,使焊接过程产生的飞溅尺寸和数量有所改善.     

基于电弧声信号的高压干法水下脉冲MIG焊接稳定性分析

高压焊接实验舱的封闭结构特征为电弧声信号在舱内低噪声传播创造了条件。在对传声器校准的基础上,建立了同步采集硬件系统,同步采集不同环境压力下脉冲MIG焊接的电流、电压和电弧声信号,并在时域和频域上分析了不同环境压力下的电弧声信号,研究电弧声信号特征与高气压环境下脉冲MIG焊接过程的相关性。结果表明,电弧声信号可以反映不同环境压力下脉冲MIG焊接的稳定性以及高压环境焊接过程的电弧能量损失,为进一步研究高压干法水下脉冲MIG焊接创造了条件。     

高压干法水下焊接装备与技术的发展

介绍了国内外高压干法水下焊接模拟实验装置和高压干法水下焊接维修作业装备系统的发展现状,重点论述了高压下对焊接电孤行为的研究情况,包括环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度场等的影响及变化规律.指出了高压干法水下焊接技术的发展方向及我国研究高压干法水下焊接技术的必要性.     

排水罩风场特征及其对焊接电弧影响的数值模拟

水下焊接技术在水下工程建设和修复方面具有大量的应用需求. 在水下焊接方法中,局部干法焊接采用排水罩将焊接区域的水排开进行焊接,接头质量较好,易于实现水下自动化焊接. 然而,局部干法焊接时需要在排水罩内通入高压空气将水排开. 为了研究高压气体在排水罩内形成的风场结构及其对焊接过程和电弧特性的影响,文中采用数值模拟的方法,对排水罩内的湍流气体进行了模拟. 并研究了排水罩内侧向风场对电弧等离子体的温度场、速度场、压力场的影响规律. 发现侧向风场对弧柱中心区以外部分的影响较大,弧柱的吹偏角度与侧向风速基本上呈线性关系. 最后进行了焊接试验,采用高速相机拍摄电弧在不同侧向风速下的形态,发现其实际变化与模拟结果基本一致.     

SiO2活性剂对不锈钢钨极氩弧焊电弧现象的影响

通过研究SiO2活性剂TIG焊焊接不锈钢过程中电弧形态、电弧电压及焊缝几何形状的变化,分析了SiO2活性剂钨极氩弧焊电弧等离子体形态、电弧空间电场强度、电弧温度、电弧电流密度及电弧力的影响.结果表明,SiO2活性剂使TIG焊电弧等离子体收缩,加热区域及电弧力更加集中,同时电弧空间电场强度、电弧温度及电流密度显著提高,导致焊缝几何形状变化,但焊道熔宽未发生明显变化.     

超声复合焊接系统声场模拟及焊接电弧压力分析

提出了超声复合焊接空间中声场参数的分析方法,根据超声复合焊接特性构建了分析模型,利用COMSOL有限元分析软件模拟分析了声场参数随着发射端半径的变化情况,同时模拟分析了声场参数在不同电弧空间高度的变化规律.采用静态小孔法对不同焊接参数下稳定燃烧的直流U-TIG焊和普通TIG焊的电弧压力分布进行了测量.结果表明,U-TIG焊电弧压力峰值明显高于普通TIG焊,复合电弧能够提高焊接时熔池表面上方的电弧压力水平,但是随着电流增加,U-TIG焊和普通TIG焊电弧压力峰值的差值减小.分析认为大电流时,弧柱中心区域温度很高,电流密度很大,使TIG焊电弧压力峰值明显升高,而U-TIG焊电弧等离子流力受到气体流量的限制,电弧压力峰值增幅减小.     

激光对脉冲MAG电弧辐射的影响

搭建了激光一脉冲MAG复合焊接系统和采集系统,分别在加激光和不加激光的条件下进行试验,得到了电信号和电弧光谱数据．运用线性拟合的方法,分析了FeII274．648,FeI382．043,FeI492．050,ArI801．479谱线的电弧能量输入和光谱辐射强度之间的关系．结果表明,四条特征谱线的光谱辐射与电弧的能量输入...     

高频脉冲变极性焊接电源及电弧压力分析

采用变极性和高频脉冲电路叠加,设计了一套变极性和高频脉冲复合电流输出特性的焊接电源,将高频脉冲电弧特性引入变极性焊接过程.建立电弧压力数学模型,结合具体工艺试验,分析了高频脉冲电流对于变极性焊接电弧特性的改善.结果表明,在相等电流有效值的情况下,电弧压力随脉冲频率的提高而增加,高频脉冲电流频率达到5kHz附近时,弧柱区电弧压力较常规直流电弧提高2倍左右,电弧的挺度和能量密度都有所增加,为进一步研究高频脉冲变极性焊接方法在铝合金焊接中的应用提供了理论依据.     

真空磁压缩等离子弧焊接方法的研究

本文介绍了一种新的焊接方法——真空磁压缩等离子弧焊接。真空磁压缩等离子弧是将低真空中的自由电弧用与电极同轴向的磁场压缩后获得的。实验表明,随着气压的降低,自由电弧会越来越扩展,弧根区的电流密度越来越低,直至产生“旁弧”,不能稳定燃烧而熄灭。而且这种低真空自由电弧难以用和普通等离子弧相似的机械方法压缩。采用轴向磁场可以有效地压缩真空电弧。磁压缩的效果随气压的降低趋于明显,气压低于1.33×10~2Pa 时,几十分之一特斯拉(T)的磁场就可获得略粗于电极、上下直径近似相等的弧柱,我们称之为真空磁压缩等离子弧。使用真空磁压缩等离子弧作为热源,可以焊接一般金属和活泼金属,其熔透工件的能力可超过大气氩弧,并可用调节磁场强度的方法,调节电弧的能量分布。与常规氩弧焊、等离子孤焊、电子束焊相比,真空磁压缩等离子弧焊接有其独到的优点,可望在不久的将来获得广泛的应用。     

基于旋转电弧传感器的水下焊接高压电弧仿真计算

旋转电弧传感器是焊缝自动化跟踪常采用的一种传感器,将它用于水下焊接是一门新课题.文章对高压环境下,采用旋转电弧传感器焊接所产生的电弧模型进行了仿真计算.结果表明,随着气压由0.1MPa升高到1MPa,电弧温度也升高,焊丝附近温度梯度也增大,同时电弧温度场由钟罩形转变为纺锤形.通过对两个不同气压下焊件表面温度的测量说明高压下要熔化同样的焊件需要施加更高的电源功率.对两个不同气压下旋转中心轴线与焊丝所在轴线纵向温度的对比可以证明使用电弧传感器的电弧加热形成的熔池截面形状应该是碗状的,而非指状.通过对电弧电流密度场和电场的分析解释了电弧温度场为纺锤形的原因.     

高压干法水下焊接技术发展现状

随着海洋石油和天然气工业的发展，海洋工程日益向深海挺进，发展水下焊接技术刻不容缓。高压干法水下焊接以其焊接质量高、接头性能好等优点越来越受到重视。概括介绍了国内外高压干法水下焊接模拟实验装置和高压干法水下焊接维修作业系统的发展现状，重点论述了高压下对电弧行为的研究情况，包括环境压力对焊接电弧形态、稳定性、电弧电压特性、电弧电流密度、电弧温度的影响及变化规律。指出了高压干法水下焊接技术的发展方向及我国研究高压干法水下焊接技术的必要性。