高频脉冲TIG焊的电弧控制及高频效应

本文通过研究脉冲焊电弧的电流、电压波形,发现电弧功率随频率增加而提高。由此提出自由电弧在脉冲电流作用下,其形态的动态过程属惯性系统的假设,并用20000幅/S的高速摄影进行了验证。通过对惯性系统电孤的可控性分析,发现自由电孤可由高频脉冲电流控制在非稳定状态上,此时电弧脉冲电压明显提高,这就是电弧的高频效应。本文还研究了影响高频效应的几个主要因素,着重分析了维弧电流的作用,提出高频时由于电弧的惯性,瞬间电流停止并不会导致电弧熄灭,因此得出高频焊不需要维弧电流的结论。     

CO_2气体保护焊短路过渡过程输入电信号分析

介绍了CO_2气体保护焊输入瞬时功率的测量平台.在电弧电压一定、单独改变送丝速度时,对电弧电流和输入功率进行了时域的分析和对比,以及对两者进行了傅里叶变换,并对比了输入输出端的能量谱.结果表明:时域上,输入瞬时功率虽然有时会滞后于电弧电流,但两者波形变化保持一致;频域上,输入端和输出端能量谱基本一致,且两者均能够有效评定焊接中短路过渡的频率.进而为评定焊接过程稳定性提供了一种新思路,且对研究焊机的谐波有一定的实用价值.     

气体保护药芯焊丝双丝焊接电信号稳定性分析

为进一步了解CO2气体保护药芯焊丝双丝焊接过程中电弧的稳定性和避免双丝焊接过程中产生的有规律的断弧现象，设计了不同焊接参数值（电压匹配、电流匹配、焊丝间距）的系列实验，采用高速摄像系统同步拍摄了电弧形态，采用Labview信号采集系统同步采集了焊接过程中两电弧的电流、电压波形.采用电流直方图对两电弧稳定性进行了对比分析.结果表明：对于引导电弧，降低跟随电弧电压，降低跟随电弧与引导电弧的电流比例，增大焊丝间距，电弧稳定性得以提高；对于跟随电弧，降低引导电弧与跟随电弧的电流比例，降低跟随电弧电弧电压，增大电弧间距，跟随电弧中断频率降低.最后，将高速摄影拍摄到的电弧图片与采集到的电流、电压波形图相结合，说明了发生断弧现象的循环规律.     

精密微电弧焊接逆变电源的设计

为了提高微电弧焊接过程中的电流控制精度和小电流稳定性,设计了一种精密微电弧焊接逆变电源.该电源在传统钨极氩弧焊电源的基础上加入了基于数字信号处理器的全数字化控制系统,采用有限双极性控制方法实现了全桥逆变电路的软开关.文中还介绍了电弧负载的电特性,分析了焊接工艺对电源电气特性的要求,设计了直流和脉冲两种波形控制方案,阐述了电源系统的软件流程及控制算法.结果表明:通过精确控制电流、时间、频率、脉宽等输出参数,可实现对输出能量的精密控制,且波形一致性较好;采用积分分离PID控制算法,可实现电弧"起弧-燃烧-收弧"过程的柔顺过渡,提高小电流输出时的电弧稳定性.     

浅水湿法和常压空气中焊接的电弧稳定性

由于水和压力对焊接过程的影响,浅水湿法焊接的电弧稳定性较差.为此,文中提出以焊接电弧电压差异系数的倒数作为衡量电弧稳定性的指标,利用高压舱水下焊接平台进行湿法焊接试验,通过采集不同焊接参数下湿法和空气中焊接的电压波形并计算焊接电压差异系数的倒数,定量研究了浅水湿法和常压空气中药芯焊丝焊接电弧的稳定性.结果表明,在所试验的焊接参数范围内,浅水湿法焊接的电弧稳定性与电流呈负相关,与电压呈正相关,故应选择最优的导电嘴至工件距离以使电弧稳定性最高;浅水湿法焊接的电弧稳定性随焊接速度的增大而减小,而常压空气中焊接基本不变;湿法焊接可采用的焊接电压和电流的工艺参数窗口更窄;焊接电流一定时,湿法焊接应比空气中焊接选用更高的电压,以提高焊接电弧的稳定性.     

针对串联直流电弧的电容电流时频检测方法

针对串联型直流电弧故障产生时伴随着高频分量,提出了一种基于并联电容电流时频特性的串联直流电弧故障检测方法。搭建了直流电弧试验平台,测量流过直流源内部滤波电容支路的电流,检测电容电流中随电弧故障产生的高频电流。在PSCAD/EMTDC软件中建立电弧检测仿真模型,利用Nottingham公式将直流电弧等效为非线性电阻。在仿真平台中对串联电弧产生时的并联电容电流时频特性进行分析,结果表明,串联电弧产生时,并联电容电流出现突变,电容电流频谱中5～50kHz频带范围内的积分值增加。对不同回路电流、电极材料等工况时的并联电容电流进行试验,研究发现,电容电流变化率与回路电流成正比,与电极材料沸点成反比;而电容电流频谱积分差值与回路电流成正比,与电极材料沸点成正比。     

电极因素对TIG弧的物理特性及焊接工艺性的影响

电极因素（材料、直径及端部形状）是ＴＩＧ焊的一个重要工艺因素，对电弧的导电特征，电磁压缩效果及等离子流的形态具有决定性的作用。采用不同的电极因素，电弧形态、电弧电压以及电弧能量场和压力场的分布表现出明显的差异，因而电极因素对于ＴＩＧ弧的焊接工艺性（如电弧的稳定性、焊缝的形状特征、对工件的净化作用、交流弧的直流分量以及电极的损耗量等）具有重要的影响。本文采用多种测试手段，在不同电极因素条件下，对ＴＩＧ弧的物理特性及焊接工艺性进行了系统的试验研究，对各种电极因素的影响规律进行了探讨，并作了初步评定。此外，还对电极因素与其它工艺参数的合理匹配提出了建议。     

交流电弧电流零区现象及其分析

本文分析了电弧电流零点后电流波形的试验结果,把电弧电流零区现象分为四种不同的类型,提出了交流电弧两种电流过零现象及电弧重燃与熄灭过程的一些新看法.     

基于加权差分电流的直流故障电弧检测方法

为了解决低压直流系统中传统电弧故障检测方法精确度不足及对不同系统通用性较差的问题，本文提出一种新的基于加权差分电流的直流电弧故障检测方法。首先搭建直流源实验平台，开展串联直流电弧高频特性实验，利用快速傅里叶变换提取电弧电流的特征频段为20～30 kHz、40～50 kHz和55～65 kHz。然后，研究电极材料和负载类型对电弧特征频率的影响，实验结果表明直流电弧的特征频段不随电极材料和负载类型改变。将3个特征频段内幅值的最大值I_max、幅值之和I_sum以及幅值的标准差I_std作为特征参量。基于对电弧电流特征频段和特征参量的双重加权差分，利用差分结果是否大于阈值0.5作为直流故障电弧检测判据。最后，在低压直流系统和光伏系统中验证所提出检测方法的有效性。检测方法能够准确区分开关动作与负载突变等系统正常操作。该方法克服了传统单一频段单一指标检测方法的不稳定性，能够有效检测直流电弧故障，提高检测的准确性，并在光伏系统中验证了检测方法的通用性。检测方法对保障低压直流系统的安全稳定运行具有重要的应用价值。     

电弧炉主电路硬件仿真试验系统设计

该系统的设计目的是提供一个在现场试验前检验针对电弧炉电极调节系统所提出的控制算法的一个试验平台.该系统以单片机为核心,由检测的电流波形相位和控制信号大小产生模拟信号,模拟信号经功率放大设备放大后接入仿真变压器.试验结果表明,仿真电弧电压幅值可调,对外呈现纯阻性,与实际电弧典型波形相一致.试验系统与实际系统有相同的平均功率因数.仿真电弧的电流与控制信号符合实际系统的对应关系.在模拟电弧炉电弧电气特性上探索出了一种可行的、简单的方法,能够模拟出和实际电弧炉主电路相一致的外特性,能够满足电弧炉电弧控制试验的需要.     

轧辊工作面的 WC 颗粒等离子弧喷焊

通过试验，确定了３５ＣｒＮｉ３Ｍ０Ｖ钢轧辊进行粉末等离子弧喷焊时，ＷＣ颗粒向喷焊层过渡的方式和粘接合金材料。提出了喷焊层内ＷＣ颗粒与作为粘接剂的镍基合金的合理比例，防止产生裂纹的工艺措施和最佳喷焊工艺参数。     

双丝脉冲MAG焊的焊接稳定性

针对双丝焊中焊接稳定性差的问题,搭建了双丝脉冲熔化极活性气体保护电弧焊（MAG焊）焊接系统,利用LabVIEW信号采集系统和高速摄像系统采集焊接过程中焊接电流和电弧电压波形,并同步拍摄电弧形态和熔滴过渡过程．选取后丝一个周期内电流峰值为表征参量对其进行方差分析,研究前后丝沿焊接方向间距对焊接过程稳定性的影响;利用离散傅里叶变换的方法对电信号进行功率谱分析,研究后丝预设峰值电压对焊接过程稳定性的影响．结果表明：双丝间距对稳定性的影响主要是由于两电弧间电磁力的作用,间距控制在12mm以内或30mm以外时,焊接过程稳定性较好,在20mm左右易发生断弧;后丝电源峰值电压预设为32．5v时焊接过程稳定性较好,偏小易发生短路,偏大有断弧现象发生．     

新型变极性等离子弧焊设备的研究

研究并设计了一种用于铝镁金属及其合金焊接的新型不对称变极性等离子弧焊设备．交变方波的正、负半波电流分别由两台独立的直流电源供电．与传统变极性等离子弧焊设备最大的不同是在焊接过程中，钨电极在极易烧损的负半波不接正极，因而使电极尖端的形状、尺寸得以长时间保持，大大提高了焊接过程的稳定性．另外，由于负半波主弧电流与维弧电流“各行其道”，从而避免了传统变极性等离子弧焊过程中主、维弧相互干涉，导致电弧不稳的现象．     

焊接参数与等离子弧相互关系的研究

基于双区域近似弧柱模型的理论 ,研究了焊接工艺参数与转移型等离子弧的相互关系 ,给出了在不同离子气流速和喷嘴直径的条件下 ,电弧弧柱半径、电压及喷嘴出口处压力随电流变化的曲线 ,研究结果表明 ,计算结果与实验值吻合良好 同时还分析了离子气流速和喷嘴直径对等离子弧功率与电弧力的影响 ,以及钨极内缩量对电弧的压缩效果的影响     

316L不锈钢焊缝腐蚀行为的电化学研究

 316L不锈钢以其优良的耐腐蚀性能、加工性能和高抗氧化性能而被广泛应用于核电、石油、化工等领域.316L不锈钢的应用大多需要焊接成型,但焊接过程中化学成分,组织形态和相关性能的改变,使316L不锈钢的耐蚀性能降低,在焊缝接头处以及焊缝部位优先发生腐蚀,严重影响了不锈钢的使用寿命和安全性.本文采用交流阻抗法和阳极极化常规电化学方法,结合课题组自主研发的扫描微电极技术研究316L不锈钢焊缝区的腐蚀行为,探讨钨极氩弧焊和CO₂保护焊两种不同焊接方法对316L不锈钢抗腐蚀能力的影响以及氯离子浓度对焊接样品抗腐蚀能力的影响.结果表明,经过腐蚀电化学方法检测后,焊接样品的耐腐蚀性能较基材样品均发生明显降低,具体表现为氩弧焊焊接样品和CO₂保护焊焊接样品在阳极极化曲线的开裂电位E_b,腐蚀电位E_corr均较基材样品负,钝化区ΔE较基材样品变窄.交流阻抗谱测试得出氩弧焊焊接样品与CO₂保护焊焊接样品的电荷转移电阻R_ct均较基材样品小.同时,通过不同实验分析均表明,在NaCl溶液和FeCl₃溶液中,氩弧焊焊接样品的耐蚀性能较CO₂保护焊焊接样品好.实验结果还表明,随着氯离子浓度的升高,两种焊接样品的耐蚀性能均降低.     

电弧超声激励共熔池双钨极氩弧焊接方法

提出了一种附加电弧超声激励共熔池的双钨极氩弧焊接新方法.使用附加超声电弧和主电弧完成焊接过程,附加超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,主电弧作为主要的焊接热源,以实现改善焊缝金属性能及其焊接效率的功能.同时,以304钢为例,采用所提出的焊接方法进行试验.结果表明,所提出的焊接方法可以提高焊接过程的稳定性和焊接效率,有效细化焊缝金属组织并提高焊缝金属的拉伸性能.     

高速摄像技术中TIG焊接过程的熔池和电极研究

TIG焊接过程中，熔池液体的流动和阴极表面的变化直接影响焊接质量和电弧稳定性的好坏。本采用高速摄像机配合光学窄带滤光片，很好地解决焊接过程熔池液体流动和电极现象的观察困难的问题，研究焊接过程中液面的流动和电极表面的变化情况。研究结果表明：焊接电弧的辐射由一些不连续波长的峰组成，选择950—960nm波长的红外窄带滤光片有选择地降低等离子体电弧的亮度，清晰地观察焊接过程中熔池表面的变化和电极表面的变化。熔池液体的对流的原因是由于温度差别造成的液体表面张力和密度不同、电弧等离子体的压力以及电弧电流的电磁力，液体流动的平均速度为0．12m／s，最高瞬间速度可达0．7m／s。在焊接过程中，电弧上方的电极表面形成钨枝晶和氧化钍富集区，是下一次使用时电弧的起弧点，电弧起弧的稳定性取决于电极尖端氧化钍的含量。     

钨极氮弧焊焊接电弧数值分析

以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型，建立模型时考虑阴极的几何形状，在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氯气电弧的最高温区出现于近阳极区域，这个结果与试验情况相当吻合，并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较．在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析；同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响，结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大。随着弧长的增加而减小．     

铬钼钢窄间隙埋弧焊用烧结焊剂的研制

本文叙述了铬钼钢窄间隙埋弧焊用烧结焊剂的研制,结合生产使用中对该焊剂的特殊要求,提出了使用该焊剂时对脱渣性、氧化性、电弧稳定性及表面压坑的解决办法。通过各项性能的试验,结果表明:GZ-3,GZ-4焊剂生产制造过程简单,具有较高颗粒强度,较低吸潮性,焊接工艺过程稳定,达到了国内外同类型焊剂水平。