高效MAG焊接熔滴过渡行为及交变磁场控制试验分析

探索更加高效的焊接方法和工艺是当前国际焊接界一个热点课题,而增大焊接电流和焊丝伸出长度可直接提高MAG焊焊接效率. 文中对商用MAG焊机进行改造,使送丝速度达到50 m/min,焊接电流提升至500 A以上,以进一步提高焊接效率. 但是熔滴旋转射流过渡的形成,导致电弧不稳,飞溅增大,因而采用外加交变磁场来改善电弧形态和熔滴过渡行为. 通过焊接工艺试验,分析了焊接电流对焊接飞溅率和金属蒸发速率的影响规律,研究了交变磁场对熔滴过渡行为和焊缝成形的作用. 结果表明,外加低频交变磁场可以有效提高大电流下电弧挺度和稳定性,缩短液流束长度,减小液尖偏斜程度,进而改善焊缝成形,大幅度提高焊接效率.     

激光增强GMAW焊接熔滴过渡控制试验

水下环境压力对于焊接熔滴过渡和焊接过程稳定性具有一定的负面阻碍作用,需要提供额外的作用力帮助稳定焊接电弧和改善熔滴过渡状态;为验证激光增强熔滴过渡控制技术的可行性,搭建了空气环境下的相关试验系统,并进行了激光增强前后的熔滴过渡状态对比研究.结果表明,在焊接过程中施加一定功率密度的激光对熔滴过渡行为具有明显的改善作用,可以在一定范围内改善熔滴过渡状态,并可以通过激光控制过渡熔滴的大小,提高焊接过程的稳定性.试验结果为进一步开展激光增强高压干法水下焊接试验奠定了基础.     

大电流MAG焊旋转喷射过渡中的熔滴失稳分析

旋转喷射过渡是大电流MAG焊的主要过渡形式。采用高速摄像法对大电流MAG焊旋转喷射过渡进行了研究，发现了一种瞬态不稳定现象：保护气体中含有CO2组分时，旋转喷射过渡中存在随机产生的熔滴非轴向排斥过渡，这种瞬态非轴向排斥过渡是稳定旋转喷射过渡中的不稳定干扰，是产生焊接飞溅的原因。通过理论计算，对产生该现象的机理进行了分析，指出旋转喷射过渡中发生非轴向排斥过渡的前提是焊丝端头液锥的消失，斑点力和金属蒸汽的反作用力是造成熔滴失稳上翘的主要原因，等离子流力是大电流MAG焊中产生的排斥过渡有别于一般CO2焊排斥过渡的主要原因。     

2219铝合金激光驱动GMAW熔滴过渡行为

以2219铝合金为研究对象,搭建了激光驱动GMAW熔滴过渡试验系统,采用高速摄像系统拍摄熔滴过渡行为,分析了激光的加入对熔滴过渡行为的影响. 结果表明,通过改变工艺参数,激光的加入改变了熔滴的受力状态从而改变了熔滴过渡模式和飞行轨迹. 脉冲激光作用在熔滴缩颈处形成的蒸发反力可以有效促进熔滴过渡,得到“一脉一滴”的射滴过渡形式,提高熔滴过渡频率和熔滴过渡的稳定性,同时能够有效改善焊缝成形解决铝合金焊接射滴过渡工艺区间窄,对母材热输入高以及焊接过程稳定性差等问题.     

脉冲TCGMAW电流占空比对熔滴过渡和焊缝成形的影响

基于建立的熔滴过渡高速摄像分析系统,对高速脉冲TCGMAW在脉冲电流占空比变化下的熔滴过渡过程进行观察分析,并就脉冲电流占空比变化对熔滴过渡和焊缝成形质量的影响进行了研究。试验结果表明,在所用焊接规范下,当脉冲电流占空比较小时,焊丝熔化速度不能与送丝速度匹配,熔滴过渡方式表现为短路过渡形式,焊缝成形较差,甚至出现断弧、焊不起来的情况;随着脉冲电流占空比的提高,焊丝熔化能量加大,熔滴过渡方式逐渐过渡到射滴过渡和射流过渡,电弧电压的波动范围变小,焊缝成形良好。     

纵向磁场作用下MIG焊熔滴过渡过程的分析

以外加间歇交变纵向磁场MIG焊接铝合金为研究对象,采用高速摄像技术拍摄熔滴形成、长大及脱离的过程,观测并分析外加纵向磁场和不加纵向磁场时熔滴过渡的特点.结果表明,外加间歇交变纵向磁场的熔滴在过渡过程中发生了明显变化,其形态由不加磁场时的球形变为扁长的椭球形,偏离焊丝轴线下落,并且熔滴自身发生旋转.在磁场频率相同的情况下,激磁电流较小时熔滴过渡所需时间在4.5～6 ms范围,激磁电流较大时熔滴过渡所需时间在5～15 ms范围内,可知激磁电流对熔滴过渡影响较大.     

熔滴过渡时产生飞溅的原因

熔焊时,在熔滴过渡过程中,部分熔滴溅落到熔池以外的现象称为飞溅。产生飞溅的原因有以下几个方面：（1）气体爆炸引起的飞溅。     

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.     

GMAW熔滴过渡行为数值分析及试验验证

基于FLUENT软件,考虑热分析,选用VOF模型,针对纯氩气保护直流熔化极气体保护焊(GMAW)熔滴过渡行为进行数值模拟,分析熔滴过渡不同时刻对应电弧温度、电势、热通量等物理量的变化规律. 结果表明,电弧最高温度呈现周期性变化趋势;电势分布随着熔滴行为变化而变化,而在熔滴脱落之后,电流不再流经脱落熔滴. 热通量最大值出现在中心部位,沿径向距离减小. 为验证模拟结果准确性,开展焊接试验,利用LabVIEW信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像设备拍摄实时电弧形态和熔滴过渡过程,从而有效、定量验证模拟结果准确性. 比较结果表明模拟结果同试验结果二者吻合良好,文中熔滴过渡数学模型是合理的.     

激光增强GMAW熔滴短路过渡行为分析

高能量密度的激光照射熔滴,使熔滴局部产生强烈蒸发,利用蒸发反力驱动熔滴受迫短路,促进熔滴脱离焊丝.以低碳钢为研究对象,搭建激光增强GMAW短路过渡焊接试验系统,对比研究了激光增强GMAW短路过渡焊接过程中激光入射位置、电弧高度对熔滴短路过渡行为的影响规律.结果表明,在焊接过程中施加一定功率的激光对熔滴短路过渡行为有明显的改善作用,可以通过激光改变熔滴的受力状态,控制过渡熔滴的尺寸,熔滴短路时间减小,燃弧时间增加,增加过渡频率,提高了焊接过程中的稳定性,激光增强后,焊缝表面成形均匀饱满,焊缝成形良好.     

Effects of current waveform parameters during droplet transfer on spatter in high speed waveform controlled Short-circuiting GMAW

Aim at improving the stability of the Short-circuiting Gas Metal Arc Welding （GMAW-S） process for the enhanced speed usage, effects of current waveform parameters during short-term on the welding stability have been investigated by experimental method. The welding power source used for the research is an inverter with a special current waveform control. It is shown that the spatter decreases at first then increases with each increase of the low current period, current increase rate and the maximum current limit. The test results are provided for welding of 1 mm and 3 mm mild steel at speed of 1.2 m/min. The stable GMA W-S process under high speed welding condition has been achieved by optimizing the parameters.     

外加磁场对CO2焊飞溅的控制机理

用纵向磁场控制CO2气体保护焊飞溅，以低碳钢Q235为试验对象，在不同焊接工艺参数下进行了有、无外加纵向磁场的焊接对比试验，并且改变外加磁场的大小，测试了不同磁感应强度下的焊接飞溅率。探讨了外加纵向磁场控制焊接飞溅的机理。试验表明，在一定的焊接规范下，外加纵向磁场能有效地控制CO2焊短路过渡中的焊接飞溅，获得较好的工艺效果；同时，存在一个最佳的磁场范围，在这个范围内，磁场对飞溅的控制效果较好。     

交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究

为了研究交变纵向磁场作用下MIG焊接电弧的物理特性,提高焊接质量,分析了交变纵向磁场作用下电弧带电粒子的受力情况和运动状态,并利用高速摄像手段研究了交变纵向磁场对电弧形态的影响。结果表明,无外加交变纵向磁场时,自由电弧稳定燃烧,电弧轴线与焊丝轴线相重合;当加入交变纵向磁场时,电弧围绕焊丝轴线做逆时针和顺时针交替变化的旋转运动,电弧轴线偏离焊丝轴线;随着励磁电流的增加,电弧的旋转半径增大,电弧偏离焊丝轴线的角度增大,电弧烁亮区域面积减小;当励磁电流为30 A时,电弧的最大偏转角度为45°,此时电弧燃烧变得不稳定,甚至息弧,焊接过程不稳定。     

电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响

由于热源形式的特殊性,激光-电弧复合焊接过程中激光和电弧间易发生相互干扰,产生飞溅和底部驼峰等缺陷。以590 MPa级船用高强钢为研究对象,研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和焊缝底部驼峰的影响。为了深入研究激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的产生机理,利用高速摄像设备对熔滴过渡行为和焊缝底部熔池进行了观察。结果表明,适当缩短电弧弧长可以降低激光和电弧间的相互干扰,提高复合焊接过程的稳定性,进而降低飞溅产生的倾向。底部驼峰是小孔熔透性差和底部熔池流动不连续所引起的。缩短电弧弧长可以对底部驼峰的产生起到抑制作用,这是因为缩短电弧弧长可以降低等离子体对激光的吸收,提高激光的能量利用率,增加小孔熔透性和稳定性。创新点： 研究了电弧弧长对激光-电弧复合焊飞溅和底部驼峰的影响,采用高速摄像方法对底部熔池流动进行了观察,进一步明确了激光-电弧复合焊接焊缝底部驼峰的产生原因。     

Effect of turbulent flow on electromagnetic elimination with high frequency magnetic field

1 Introduction The application of the electromagnetic body force to separate non-metallic inclusions was proposed by ALEMANY et al[1,2]. And ASAI et al have measured the migration velocity of polystyrene particles in a sodium chloride aqueous solution, in which a DC electric field and DC magnetic field were simultaneously imposed. They found that the direction of migration is opposite to the electromagnetic force and the migration velocity agrees well with the values calculated from the …     

抑制高速GMAW驼峰焊道的外加磁场数值分析

当熔化极气体保护焊的焊接速度高于一定临界值时,会出现驼峰焊道成形缺陷.为防止驼峰焊道的出现,通过外加磁场与熔池中的焊接电流相互作用,产生指向熔池前方的电磁力,抑制熔池中后向液体流的动量从而抑制驼峰的产生.通过建立焊前工件上外加磁场的三维模型,计算了工件上的外加电磁场分布.提出热-磁耦合分析方法,实现焊接过程中熔池内外加电磁场的数值计算.结果表明,高速焊过程中,外加磁场主要以横向磁场分布在熔池区;焊丝与磁极间的距离会显著改变熔池内外加横向磁场的分布.     

Influence of longitudinal magnetic field on metal transfer in MIG arc welding

Metal transfer is an important phenomenon in metal inert gas (MIG) arc welding with longitudinal alternating magnetic field. It is of great significance to observe the metal transfer modes under different excitatory currents and frequencies. However, it is very difficult to view the metal transfer process directly during welding, due to the strong interference from the arc light. To obtain the relationship between the metal transfer modes and the different magnetic fields, a high-speed video camera was used to acquire the images of globules. Different metal transfer modes under the conditions of different magnetic fields and welding parameters were studied. The experiment shows clear images of droplet transfer as well as influence of longitudinal magnetic field on both metal transfer and globule shape.     

外加纵向磁场对CO2焊短路过渡飞溅影响的研究

针时CO2气体保护焊飞溅大的缺陷，设计出一套电磁作用装置。在研究短路过渡飞溅产生原因的基础上，初步尝试了用纵向磁场来控制CO2气体保护焊飞溅。实验证明，在一定的焊接规范下．外加纵向磁场有效地控制了短路过渡中的焊接飞溅。     

纵向磁场作用下MAG焊电弧的动力学分析

设计了一种工程实用性强、磁控稳定性好的纵向磁场发生装置,借助Ansys仿真软件发现电弧空间的磁场含有一定量的呈辐射状分布的径向分量.将该纵向磁场应用于喷射过渡MAG焊,利用高速摄像手段分析了电弧和液流束的运动特征.分析了电极磁场力的存在机理和特点,在此基础上通过分析不同形状电弧的受力情况,确定了电弧空间形态呈螺旋线状.