双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊双变量解耦控制模拟与试验分析

双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊是一种新型、高效的焊接方法。针对其在开环条件下焊接过程不稳定、焊缝成形差的问题,提出通过旁路送丝速度控制旁路弧长从而保证焊接过程稳定性、通过控制旁路电流调节流经母材电流的双变量解耦控制方案并进行模拟与分析。在此基础上,采用快速原型控制系统,设计双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊试验系统并进行双变量解耦控制焊接试验。结果表明,双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊双变量解耦控制方案可以有效地保证焊接过程与流经母材电流的稳定,与模拟结果基本一致;并且由于采用解耦算法,控制过程稳定性更好、响应速度更快、精度更高,并得到成形良好的焊缝,焊接过程飞溅也较小。     

单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊智能控制研究

提出单电源双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊方法,采用特定的连接方法独立控制通过焊丝与基材的电流;引用逆向求解算法;搭建用来描述焊接过程中参数变化的数学模型。由于熔化母材的焊接电流易在主路电流和其他焊接条件变化时产生波动,提出利用改变旁路送丝速度调节旁路焊丝的熔化电流,实现控制母材电流的控制方案并进行仿真与试验。试验结果表明:单焊接电源的双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊能够同时兼顾高熔敷率与基材低热输入的焊接;搭建的数学模型能够描述不同焊接参数的变化;利用提出的智能控制方案及算法,有效地解决了母材焊接电流易波动的问题,达到了焊接过程稳定性的控制,同时得到了成形良好的焊缝。     

双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊过程模拟及控制

采用等效电流路径的方法建立双丝旁路耦合电弧高效熔化极气体保护焊耦合电弧的动态数学模型,模拟表征焊接过程稳定性的电流、净干伸长信号的变化,得到与实际焊接过程相似的模拟结果。在此基础上,针对焊接过程中耦合电弧形态的剧烈变化会影响焊接过程稳定性与焊接质量的问题,提出通过调节旁路弧长控制耦合电弧稳定性的方案,并利用Matlab/Simulink软件和xPC-target快速原型控制平台,对控制方案进行模拟、分析、预测与试验。结果表明:所建立的数学动态模型能很好地反映双丝旁路耦合电弧高效GMAW焊接过程;模拟分析旁路弧长控制方案可以有效地解决焊接过程稳定性的问题;控制试验实现了焊接过程的稳定控制并获得了成形良好的焊缝形貌,验证了模拟阶段的分析与预测。     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制

脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法,它通过特定的接法引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合,利用旁路电弧的分流作用,实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制,从而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的自由过渡形式,可以实现铝-钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数对焊接过程的影响,通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法,建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型;针对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题,提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案,并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明,当焊接过程受到干扰后,采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性;焊接试验证明了控制仿真的预测与分析,进行闭环控制后,焊接过程更加稳定同时得到了成形良好的铝-钢异种金属接头。     

基于视觉反馈的铝合金脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程熔宽控制

文章针对脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊（melt inert-gas welding,MIG焊）焊缝的熔宽控制问题,利用工业摄像机（CCD）高速拍摄获得的焊缝熔宽视觉传感信号作为输入变量,控制输出变量焊机送丝速度进行焊接过程。通过采用LabVIEW组态软件作为上位机软件,设计使用增量式PID控制器,建立了铝合金脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊控制平台,在此基础上利用图像视觉传感技术以及相应的图像处理算法,采用补偿解耦的方式进行4mm的铝合金钢板的焊接试验。结果表明：采用脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊的方式,利用视觉信号为反馈量,送丝速度为控制量的控制策略可以实现焊接过程熔宽的实时控制,并保证了焊接过程的稳定和焊缝成型的美观度。     

焊接电流影响GMAW双丝焊电弧等离子体的数值模拟研究

基于电磁学理论和流体力学理论,建立熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding,GMAW)双丝焊焊接电弧等离子体三维数学模型,利用流体力学软件Fluent对其进行求解。重点研究焊接电流对GMAW双丝焊电弧等离子体行为的影响规律,获得了电弧温度、电流密度、热通量、磁场分布等结果。研究发现,随着焊接电流的变化,电弧等离子体形状变化显著。随着焊接电流的增大,电弧最高温度和电弧偏转角随之增大,电流密度和工件表面热通量由双峰分布转变为单峰分布,并且热通量峰值随焊接电流的增大而增大。此外,随着焊接电流的增大,磁感应强度和磁场力随之最大,磁场分布由独立两个磁场向耦合磁场转变。为有效、定量地证明模拟结果准确性,开展焊接试验,利用高速摄像监测电弧行为,利用光谱测温测量电弧温度。结果表明模拟结果同试验结果吻合良好,研究结果为合理选择GMAW双丝焊焊接电流参数提供理论依据。     

双丝窄间隙埋弧焊焊接试验及在高压容器生产中的应用

1.双丝窄间隙埋弧焊工艺特点(1)采用横向双侧跟踪、高度跟踪的多维跟踪方式,自动化程度高。(2)采用双丝纵向排列,弯丝直流反接,保证与母材熔合,后丝交流方波改善焊道成形。(3)焊接时,母材热输入少,焊接热影响     

协同控制的Tandem双丝高速焊装备研究

在软开关电源的基础上，利用CAN总线技术研制了协同控制的Tandem型双丝焊装备。在深入分析脉冲双丝焊工艺要求的基础上，采用新型双闭环控制模式，实现了适合双丝焊要求的脉冲焊电源动特性、外特性。为减小双丝焊电弧之间的干扰，设计了基于CAN总线通信的硬件电路和基于协同控制思想的控制软件。试验表明，电源协同控制性能可满足双丝焊的要求，且焊接过程稳定、焊缝成形好、熔敷率高，显示了双丝高速焊的优质高效化特点。     

双旁路耦合电弧铝合金MIG焊熔滴过渡形态研究

提出双旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Dual bypass metal inert-gas,DB-MIG)电弧焊方法并建立试验系统.该方法以传统熔化极惰性气体保护焊接电弧为主弧,引入两路对称的电流可控的非熔化极旁路电弧并与主弧形成耦合电弧进行焊接.由于旁路电弧的分流作用,在保持较高焊丝熔化电流的同时可有效降低母材输入电流,并且旁路电弧力的作用对熔滴过渡也有显著的影响.设计专用的窄带滤光系统,实现无激光背光的焊接熔滴过渡行为的高速摄像,获得不同旁路电流参数条件下的铝合金DB-MIG焊熔滴过渡的高速摄影图像并进行分析.试验结果表明总电流恒定的情况下,熔滴过渡形态随旁路电弧电流参数改变而改变.对DB-MIG焊条件下作用于熔滴上的电弧力的分布进行理论分析,解释试验现象,理论分析和研究表明双旁路耦合电弧可以促进熔滴过渡并可显著降低喷射过渡的临界电流.     

脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

针对为了实现铝-钢高效高质量的连接,提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡,分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响,确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制,在主路为脉冲电流情况下,分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究,并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像,进行对比分析试验验证。结果表明,焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变,从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化,对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。     

Prevention of humping bead associated with high welding speed by double-electrode gas metal arc welding

Manufacturing productivity can be improved by increasing the welding speed. However, humping bead will occur when welding speed is beyond a certain value. An experimental system of double-electrode gas metal arc welding (DE-GMAW) was developed to implement high speed welding and prevent from humping bead formation. The DE-GMAW appropriately partition the heat energy between the wire and the base metal so that higher deposition rate of filler wire and suitable shape and size of weld pool are ensured. The arc images captured during DE-GMAW process were used to optimize the geometric parameters between the gas tungsten arc welding and the gas metal arc welding (GMAW) torches. The main arc and bypass arc integrated well and satisfactory weld bead formation was obtained. Through observing the weld pool behaviors from side view during DE-GMAW process, it was found that the height of both solidified and molten region at the pool tail is almost flat so that no humping bead was formed during DE-GMAW with the welding speed up to 1.7?m/min. The side view images of weld pool in DE-GMAW were compared with those in conventional GMAW, and the reason why DE-GMAW can suppress humping bead is shortly discussed.     

基于旁路耦合电弧的铝钢MIG熔钎焊研究

实现铝钢良好连接的关键是有效控制焊接热输入,尽量降低中间层铝铁金属间化合物的厚度,一般认为中间层金属间化合物厚度小于10μm时铝钢接头质量良好。提出旁路耦合电弧熔钎焊方法,通过调节旁路电弧电流的大小来控制焊接热输入。在优化控制系统和工艺参数的基础上采用脉冲旁路耦合电弧焊方法将铝镁合金ER5356堆焊到304不锈钢板上,获得结合良好的焊缝。对焊接接头进行扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散光谱仪(Energy dispersive spectrometry,EDS)分析,结果表明:铝与不锈钢焊接接头中间层金属间化合物平均厚度约为8μm,小于10μm的临界厚度;脉冲旁路耦合电弧焊方法能够实现铝钢的连接,是一种新型低成本低热输入电弧焊方法。     

高压油气管线的在役焊接修复技术进展

综述了高压运行油气管线在役焊接修复的意义、分类、工艺特点和存在的主要问题，总结分析了最近几年国外在在役焊接烧穿和最小线能量方面的最新研究成果。在分析了我国油气管线的特点和焊接修复技术现状的基础上，提出了在我国开展在役焊接修复研究应注意的问题。     

低功率激光诱导电弧复合焊接钛合金薄板工艺研究

采用低功率脉冲YAG激光诱导非熔化极惰性气体保护(Tungsten inert gas,TIG)焊电弧复合热源实现了1 mm厚TC4钛合金薄板的优质焊接,研究激光诱导电弧复合焊接过程中热源能量匹配、热源间角度、对接间隙对焊缝成形的影响规律。结果表明,钛合金薄板低功率脉冲YAG激光诱导TIG电弧复合热源焊接过程中,激光能量与电弧能量之间的相互匹配将显著影响焊缝的表面成形。相对于电弧功率的变化,焊缝成形对激光功率变化的敏感度更高。随着热源间角度减小,激光诱导电弧复合热源传热能力增强;由于复合焊接速度快、热输入小、焊接试板横向变形小,当对接间隙为0~0.5 mm范围内时均能获得良好的焊缝成形。为了使焊缝成形均匀连续,焊接过程中需要对焊缝背面采用氩气进行保护,当保护气体流量为5~8L/min时获得最佳焊接接头。     

高强钢低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧仰焊成形

针对5 mm厚E36高强钢板材,开展了低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合仰焊试验。研究结果表明：相比于熔化极活性气体保护电弧焊,激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合焊接接头的焊接热输入可降低29%。复合焊接通过减小焊接熔池尺寸,可有效抑制内凹缺陷的产生,进而增大工艺参数区间。拉伸和弯曲试验表明,无内凹缺陷接头具有良好抗拉强度和弯曲载荷;有内凹缺陷接头抗拉强度与母材相当,但最大弯曲载荷显著降低。     

Some investigations on microstructure and mechanical properties of submerged arc welded HSLA steel joints

This paper investigates the influence of the submerged arc welding (SAW) process parameters (welding current and welding speed) on the microstructure, hardness, and toughness of HSLA steel weld joints. Attempts have also been made to analyze the results on the basis of the heat input. The SAW process was used for the welding of 16 mm thick HSLA steel plates. The weld joints were prepared using comparatively high heat input (3.0 to 6.3 KJ/mm) by varying welding current (500–700 A) and welding speed (200–300 mm/min). Results showed that the increase in heat input coarsens the grain structure both in the weld metal and heat affected zone (HAZ). The hardness has been found to vary from the weld centre line to base metal and peak hardness was found in the HAZ. The hardness of the weld metal was largely uniform. The hardness reduced with the increase in welding current and reduction in welding speed (increasing heat input) while the toughness showed mixed trend. The increase in welding current from 500 A to 600 A at a given welding speed (200 mm/min or 300 mm/min) increased toughness and further increase in welding current up to 700 A lowered the toughness. Scanning electron microscopy of the fractured surfaces of impact test specimen was carried out to study the fracture modes. Electron probe micro analysis (EPMA) was carried out to investigate the variation in wt.% of different elements in the weld metal and HAZ.     

一种模拟控制式埋弧焊设备的数字化升级改造设计

该文设计了一套基于STM32的双单片机控制系统对模拟控制式埋弧焊设备进行数字化改造。该系统包括电源控制系统和过程控制系统,2个系统之间采用串行异步通信方式,实现命令和参数交换。可以实现焊接电源多种外特性输出,满足埋弧焊、焊条电弧焊、气体保护焊、碳弧气刨工艺需要。设计双闭环控制系统对送丝速度进行调节,设计单闭环控制对小车驱动电机进行控制。测试表明,改造后的焊机用途拓宽,人机界面丰富,引弧、焊接、收弧的稳定性和可靠性均大幅提升,具有很好的实用价值。