直流正接MAG焊电弧及熔滴过渡特性

借助高速摄像手段研究不同保护气氛下(Ar+CO2和Ar+O2)、不同焊接电流大小的直流正接MAG焊的电弧及熔滴过渡特性,分析电弧烁亮球的成因及其对直流正接MAG焊接过程稳定性的影响特点,并在此基础上确立直流正接MAG焊的工艺区间,同时比较焊丝极性对MAG焊焊丝熔化系数的影响。试验结果表明,当保护气体采用Ar+CO2时,熔滴过渡方式基本上呈大滴排斥过渡,焊接过程不稳,飞溅较大,难以应用;当保护气体采用98%Ar+2%O2时,稳定的直流正接MAG焊的熔滴过渡方式可分为小电流滴状过渡和大电流射流过渡,其中前者为下垂滴状过渡,并且熔滴尺寸随着焊接电流的增大而减小,而熔滴过渡频率相应提高,后者的电弧烁亮区分为上下相串联的两部分,调节电弧电压可以控制电弧烁亮球的活动范围并能改善焊接过程的稳定性。     

工程应用中的钛型CO_2气体保护药芯焊丝熔滴过渡

分析了GMAW熔滴过渡形态,重点探讨了钛型渣系CO2气体保护药芯焊丝的电弧、熔滴过渡特性,并以工程应用实例论证该类焊丝熔滴主流过渡形态。结果表明,GMAW用焊丝的工艺质量很大程度取决于熔滴过渡形态和电弧行为。熔化极气体保护电弧焊主要熔滴过渡形态是滴状过渡、短路过渡和喷射过渡。钛型渣系CO2气体保护药芯焊丝的电弧形态应属于活动、连续型,在大电流、强规范(含高的电弧电压)条件下施焊时,该焊丝熔滴主流过渡形态是非轴向滴状过渡。     

钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制

从熔滴过渡形态及分类、过渡形态与工艺性关系、熔滴过渡机理、熔滴过渡影响因素及控制等方面．探讨了钛型渣系气保护药芯焊丝熔滴过渡及其控制原理。结果表明．该焊丝熔滴过渡的基本形态是非轴向滴状过渡．在电弧电压较纸瞬时，亦会发生短路过渡行为这类焊丝熔滴过渡形态对工艺性的影响，取决于焊接规范参数的变化．主要是焊接电流．并通过影响熔滴过渡指数．进而使工艺性指标发生之，依据该焊丝熔滴形成过程特点，建立了药芯焊丝熔滴过渡受力模型，焊接电流变化时．不同的作用力对熔滴过渡起主要作用。通过调整药芯组成物，选择焊丝截面形状，改变焊丝直径和钢带厚度．优化焊接工艺参数．改变作用于熔滴上相关力的大小或方向．最终实现对熔滴过渡的控制。     

国产气保护药芯焊丝的质量问题及对策

分析了国产气保护药芯焊丝存在的工艺质量问题，从药芯配方设计、熔滴过渡形态的控制两方面探讨了气保护药芯焊丝工艺质量改进机理，提出了气保护药芯焊丝工艺质量的改进途径。结果表明，对钛型渣系焊丝，控制熔滴略微粗化，过渡频率适当降低，获得清晰的焊波，提高抗气孔性能；对碱性渣系焊丝，控制电弧形态特性，减弱熔滴斑点压力，改善熔渣特性，采用有效操作技术，改善焊丝的立向上焊接工艺性。     

药芯焊丝CO2气体保护焊熔滴过渡形态观察分析

采用高速摄影技术和汉诺威焊接参数分析仪,对国内外代表性的药芯焊丝CO2焊的熔滴过渡过程、电弧行为、飞溅、烟雾等电弧物理现象进行了大量的观察,总结了各种药芯焊丝熔滴过渡形式和电弧行为的特点,对各种过渡形式工艺性进行了初步评价。     

单电源三丝MIG焊的交替燃弧特性

三丝焊作为一种高效的焊接方法受到重视,而电弧形态及燃弧特性是反映焊接过程稳定性,决定焊缝成形及质量的重要因素。试验中搭建三丝熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas,MIG)焊系统,利用Mult Daq电信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察不同电弧电压下的焊丝燃弧情况及熔滴过渡方式,研究短路过渡和大滴过渡形式下的交替燃弧机理,以及电弧电压对单电源三丝MIG焊交替燃弧过程的影响。结果表明,当焊接电源供给能量较小时,并联的三根焊丝上的电流分配呈现"此消彼长"的规律而导致电弧在焊丝间交替燃烧,且焊丝在电弧空间中的位置决定了焊丝上的电流分配。随着电弧电压的增加,交替燃弧频率减小。当电弧电压达到34 V时,三根焊丝同时燃弧,无交替燃弧现象,交替燃弧频率变为0 Hz。     

脉冲MIG焊建模仿真分析及弧长控制

针对脉冲MIG焊过程中的电弧稳定性问题,建立基于尖端不稳定熔滴过渡理论的焊丝熔化动态电弧模型,并对焊接过程中的电弧电压、电弧长度及熔滴过渡尺寸进行仿真,得到与实际焊接相似的电弧电压波形,分析脉冲电流下熔滴过渡频率及影响电弧稳定性的因素,且进行弧长稳定控制的仿真研究,在此基础上运用快速原型技术建立铝合金脉冲MIG焊控制系统,采用电弧电压反馈对铝合金脉冲MIG焊过程进行送丝调节的弧长控制试验。研究表明:所建立的铝合金脉冲MIG焊焊丝熔化动态电弧模型很好反映了实际焊接过程,揭示出脉冲MIG焊焊接过程中熔滴过渡时间间隔具有一定的不确定性和电弧长度的不稳定性,通过电弧电压反馈控制可显著改善铝合金脉冲MIG焊过程电弧系统的稳定性。     

自保护药芯焊丝熔滴过渡的控制

从药芯组成和焊接工艺两方面对自保护药芯焊丝熔滴过渡的影响进行了研究 ,对熔滴过渡的受力进行了分析 ,研究结果表明 :适当增加气体动力即增大药芯中C、O质量分数 ,添加表面活性剂可提高颗粒过渡、射滴过渡的比例。电流、电压主要影响作用在熔滴上的电弧力 ,电流增大短路非爆炸附渣过渡、短路爆炸过渡及爆炸过渡的比例增大。电压增大使短路爆炸过渡、颗粒过渡、射滴过渡的比例增加。电流电压同样也对过渡时间有影响。而过渡时间对熔滴保护效果以及飞溅大小有重要影响     

自保护药芯焊丝熔滴过渡的控制

从药芯组成和焊接工艺两方面对自保护药芯焊丝熔滴过渡的影响进行了研究,对熔滴过渡的受力进行了分析,研究结果表明适当增加气体动力即增大药芯中C、O质量分数,添加表面活性剂可提高颗粒过渡、射滴过渡的比例.电流、电压主要影响作用在熔滴上的电弧力,电流增大短路非爆炸附渣过渡、短路爆炸过渡及爆炸过渡的比例增大.电压增大使短路爆炸过渡、颗粒过渡、射滴过渡的比例增加.电流电压同样也对过渡时间有影响.而过渡时间对熔滴保护效果以及飞溅大小有重要影响.     

熔滴过渡对自保护药芯焊丝工艺性能影响的研究

研究了熔滴过渡形态和焊丝工艺性能的关系。６种过渡形式中颗粒过渡、射滴过渡是自保护药芯焊丝中较 理想的过渡形式。而短路非爆炸这种主要的过渡形式虽然飞溅小、电弧燃烧也较稳定,但对熔滴保护效果较差。 研究结果对于指导自保护药芯焊丝的配方设计、改进其工艺性能和力学性能具有重要意义。     

钛型渣系 气保护药芯焊丝的冶金过程与工艺特性探讨

分析了钛型渣系气保护药芯焊丝的化学冶金过程、熔渣特性及工艺性能。结果表明，该药芯焊丝的焊接化学冶金过程是分区连续进行的，药芯焊丝熔滴过渡中伴随渣柱，以及渣柱直接进入熔池现象，可能导致焊接化学?台金反应不完全和冶金过程的新变化。焊接熔渣的碱度很小，渣中TiO2量较多，容易形成“短渣”，有利全位置焊接工艺性，渣中的硅酸盐和酸性氧化物具有细化熔滴作用，能够改善熔滴的过渡特性；熔滴的非轴向过渡，在较大电流时变为沿渣柱的射滴过渡形态，使焊丝的工艺性变得非常优良。这是药芯焊丝在高效、自动化焊接中所具备的独特优势之一。     

CO2气保护药芯焊丝工艺性评价方法

CO2气保护药芯焊丝熔滴行为对药芯焊丝工艺性有直接的影响,不同的熔滴行为可间接反映在焊接过程电信号的变化中.利用汉诺威弧焊分析仪对CO2气保护药芯焊丝的焊接电参数进行测试分析,提取短路大电流概率密度和、短路过渡频率、瞬时短路频率以及瞬时短路时间和等与药芯焊丝工艺性紧密相联的4个特征信息.然后,采用主成分分析法确定药芯焊丝工艺性评价指数,对药芯焊丝工艺性进行定量化评价,从而为科学评价药芯焊丝工艺性提供了新方法.     

自保护药芯焊丝水下焊接中电弧燃烧及熔滴过渡特性

（译者附）针对两类水下专用自保护药芯焊丝进行焊接试验,对焊接过程电信号进行采集,并利用多种统计处理工具对信号进行分析、处理,获取焊接过程的电弧燃烧和熔滴过渡特性。结果表明,随着水深的增大、短路及断弧时间和频率增大,焊接过程稳定性变差;稀土金属可以显著提高电弧燃烧稳定性,保证可以在不同水深下顺利完成焊接作业。     

CMT电弧增材制造过程电弧特性对熔滴过渡行为的影响机理研究

冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势，在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率，但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此，本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为，同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型，分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律，最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明，电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小，进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时，电流峰值持续时间增加了1倍左右，同时电弧宽度与电流密度的随之增加，使得熔滴过渡过程中电磁力上升，熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3～4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时，熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加，短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。     

自保护药芯焊丝韧化机理及电弧特性的研究进展

在回顾自保护药芯焊丝发展历程的基础上,重点介绍了自保护药芯焊丝焊缝金属的韧化机理。夹杂物对焊缝韧性的影响主要取决于夹杂物的形状和尺寸,尺寸在0.2~1.0μm之间的圆形夹杂物易成为针状铁素体(AF)的形核中心,有利于提高焊缝的韧性;高铝焊缝保持较高韧性的最佳铝氧比约为0.84;在药芯中加入适当的Li、Zr、Ti、B、Ni、Ce等元素,可改善焊缝的冲击韧性。此外,概括了自保护药芯焊丝的熔滴过渡模式和飞溅形成机理。     

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。     

激光-电弧复合焊过程的熔滴过渡特征与受力分析

利用高速相机对高氮钢激光-电弧复合焊接过程的熔滴过渡、熔滴形态、等离子体形态进行采集与分析。采用图像处理与数学计算相结合的方法给出熔滴在电弧空间飞行时的受力大小和加速度。初步计算激光产生的金属蒸气对熔滴的反冲力的大小和分布。结果表明:熔滴呈现颗粒过渡的临界焊接电流为180 A附近;熔滴呈现射滴过渡的临界焊接电流200 A附近。激光的加入对电弧具有明显的压缩作用,在熔池表面这种压缩作用更为剧烈。通过观测和计算给出电弧焊和激光-电弧复合焊时熔滴刚脱离焊丝的加速度分别达到70 m/s~2和50 m/s~2。在实际复合焊接过程中,当熔滴落入熔池位置与激光匙孔间距为3 mm时,从激光匙孔喷发的金属蒸气对熔滴的反冲力非常小。激光的加入主要改变了电弧形态,近而改变熔滴上下表面的压力差,使得熔滴在接近熔池表面发生合并和过渡频率减慢。     

焊丝药粉中镍铬质量比对双相不锈钢焊缝显微组织与力学性能的影响

在CaF_2-SiO_2-TiO_2-CaO系药粉中分别添加质量比为1…1,2…1,3…1的镍、铬元素,以2205不锈钢带为外皮材料制备了自保护药芯焊丝;利用该焊丝对2205双相不锈钢进行了电弧焊,研究了镍铬质量比对焊缝显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着镍铬质量比的增大,焊缝中的奥氏体相增多、铁素体相减少,且奥氏体相的尺寸增大;未添加镍、铬元素时,焊缝的强度最高、塑性最差,冲击功最小,为72J;随着镍铬质量比的增大,焊缝强度下降,塑性和冲击功增大;当镍铬质量比为3…1时,焊缝冲击功最高,为150J。     

激光+双丝脉冲MAG复合焊的焊接稳定性

研究激光和Ar+He混合气体中He气体体积分数对激光+双丝脉冲MAG复合焊焊接稳定性的影响。搭建激光+双丝脉冲熔化极活性气体保护(Metal active-gas, MAG)复合焊焊接系统,利用LabVIEW信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形,借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态和熔滴过渡过程,实时监测焊接过程。观察后丝短路和前丝断弧情况并对前丝电弧电压进行单因素方差分析,研究Ar+He混合气体中He气体体积分数对焊接稳定性影响;比较焊接过程中激光的有无对熔滴过渡的影响,分析激光对焊接稳定性影响。结果发现随着He气体体积分数增大,后丝对应短路次数增多,当He气体体积分数为50%时,前丝出现断弧现象,大于50%,断弧时间随之增加,焊接稳定性变差;激光+双丝脉冲MAG复合焊和双丝脉冲MAG复合焊相比,加入激光可稳定电弧,为熔滴提供一附加力,该力促进熔滴过渡,使熔滴过渡尺寸减小,加大过渡频率,改善熔滴过渡,提高焊接稳定性。     

金属芯药芯焊丝中药粉粒径对发尘量和电弧稳定性的影响

采用焊接烟尘收集装置、汉诺威电弧物理特性分析仪和荧光分析仪等对直径1.6 mm金属芯药芯焊丝烟尘化学成分和药粉粒径对发尘量、电弧稳定性的影响进行了研究。结果表明:烟尘中的主要成分为金属及非金属的氧化物,其中铁和锰的氧化物占90%以上;当药粉粒径在120～380μm时,随药粉粒径的减小,焊丝发尘量减少,电弧稳定性变好;当药粉粒径在120～150μm时,发尘量最少,电弧稳定性最好。