双丝GMAW熔滴过渡对焊缝形状的影响

双丝共熔池气体保护焊(TCGMAW)的熔滴过渡对焊缝成形以及焊接质量具有重要的影响.文中根据高速摄影结果,建立了TCGMAW熔滴过渡的运动轨迹,从理论上分析了熔滴过渡的特点,并根据分析结果建立了贴体坐标系下熔滴带入熔池的热量和动量的数学模型,研究了熔池各个表面上的动量和能量边界条件,在此基础上进行了焊缝形状的数值模拟,并与实验结果进行了对比分析.结果表明,所建立的数学模型是可行的,与实际的试验结果比较吻合.     

大电流GMAW的熔滴过渡行为及控制

具有稳定熔滴过渡过程的单丝大电流GMAW(熔化极气体保护焊)焊接方法拥有其他高效GMAW焊接方法不可取代的优势.通过采集大电流GMAW的熔滴过渡高速摄像和焊接电流电压信号,对比分析了大电流MIG(熔化极惰性气体保护焊)和MAG(熔化极活性气体保护焊)焊接过程中不同的熔滴过渡行为,分析了焊接电流和保护气体成分对熔滴过渡频率的影响.结果表明:大电流MIG焊接熔滴过渡形式为单一的旋转射流过渡,且旋转频率随着焊接电流的增大先减小后增大;大电流MAG焊接熔滴过渡形式为摆动和旋转射流混合过渡,且摆动过渡频率会因为液流束与熔池接触短路而增大;外加磁场能够改变大电流GMAW液流束和电弧的旋转方向,减小旋转角度,这一发现为400 A以上稳定单丝高效GMAW焊接工艺的研发提供了新思路.     

适用于不同金属材料的气体输送活性焊接方法

为实现不同种类金属材料的自动化焊接,通过改变活性元素引入方式,提出一种新型活性TIG焊接方法—气体输送活性钨极氩弧焊,即GTFA-TIG焊(gas transfer flux activating TIG welding).该方法通过保护气体将活性剂输送到TIG焊电弧—熔池耦合系统中,使得电弧收缩或熔池金属表面张力温度系数改变,能显著增加不锈钢、铝合金等金属材料的TIG焊熔深,保证焊缝表面成形良好,而且省去活性剂涂覆工序,减少活性剂消耗,实现焊接过程的全自动化.     

保护气体对双丝旁路耦合电弧GMAW熔滴过渡行为影响的检测与分析

双丝旁路耦合电弧GMAW是一种新型高效的焊接方法,在实现高熔敷率的同时,可以显著降低母材的热输入.采用被动式视觉传感的方法对双丝旁路耦合电弧GMAW焊接熔滴过渡的行为进行高速摄像采集,获得不同形式下的熔滴过渡过程并进行对比分析.结果表明:当保护气体为纯氩气时,旁路熔滴尺寸较大且难以向熔池过渡;当保护气体为φ(Ar)=80%和φ(CO2)=20%的混合气体时,由于CO2中氧元素的引入改变旁路熔滴表面的受力形式,使得旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡形式转变为稳定的射滴过渡,并且焊缝成形较好.     

短路过渡熔滴上的动态力平衡及其稳定性分析

通过分析短路过渡燃弧期液态熔滴上所受表面张力、电磁力、重力的轴向分力变化,从理论上研究短路过渡过程中燃弧期液态熔滴所受力的动态平衡问题,并进一步讨论其对短路过渡稳定性的影响.结果表明:在熔滴增大过程中,熔滴所受轴向合力的支撑作用由大变小,而脱离作用不断增加;随着弧根的上移支撑作用减小,脱离作用加剧;随着燃弧期焊接电流减小,液态熔滴所受电磁力的轴向支撑作用削弱.     

脉冲TCGMAW电流频率对熔滴过渡与焊缝成形的影响

基于所建立的高速摄像与电信号检测系统,对高速脉冲双电弧共熔池MAG焊在不同脉冲电流频率下的熔滴过渡过程进行了观察,并就频率变化对熔滴过渡方式以及焊缝成形质量的影响进行了研究.结果表明:在实验所采用的焊接规范下,脉冲电流频率较高( 140 Hz)时,前丝熔滴过渡方式为射滴过渡,而后丝熔滴过渡方式为射流过渡;脉冲电流频率较...     

正负极性CMT铝焊丝熔滴体积增长量分析

为了定量研究铝焊丝在正负极性冷金属过渡时熔滴体积的变化情况，搭建了VPCMT熔滴过渡图像及电信号采集平台．利用数字图像处理技术，对拍摄得到的熔滴过渡图像进行处理，得到了仅包含焊丝、熔滴轮廓的二值图像．结合焊丝直径与熔滴径向尺寸之间的关系特征，将熔滴与焊丝之间“固-液”分界面的判定分为焊丝直径大于、等于、小于熔滴径向尺寸3种情况进行讨论，提出了判别熔滴与焊丝之间“固-液”分界面的具体方法．首先基于此方法得到了不同工艺参数下，铝焊丝在燃弧阶段不同时刻的瞬时熔滴体积．依据燃弧阶段末期与燃弧阶段初期的熔滴体积，计算得到了不同极性下的熔滴体积增长量．发现在相同的工艺参数下，焊丝极性接负(EN)阶段的熔滴体积增长量明显大于焊丝极性接正(EP)阶段．之后给出了燃弧阶段输入功与熔滴体积增长量之比(W/ΔV)参量，并定量对比了在不同的工艺参数下，EP和EN阶段的W/ΔV变化．结果表明，熔化相同体积的铝焊丝，EP阶段所需要的燃弧阶段输入功约为EN阶段的2.2倍．最后结合焊丝作为阴(阳)极时的产热以及电弧在EN阶段沿焊丝产生“上爬”现象对上述结果进行了解释．该研究为后续精确控制溶滴尺寸，进而控制焊缝成形提供...     

双丝GMAW焊熔滴过渡对焊缝形状影响的研究

双丝共熔池GMAW(twin-wire co-pool gas shielded metal arc welding, TCGMAW)熔滴过渡对焊缝成形的影响体现在对熔池的作用上,熔滴对熔池的作用在于向熔池传输能量、动量和质量,最终会影响到焊缝的成形和质量。本文根据高速摄影结果,建立双丝GMAW焊接熔滴过渡的运动轨迹,从理论上分析了熔滴过渡的特点,并根据分析结果建立了贴体坐标系下熔滴带入熔池的热量和动量的数学模型,研究了熔池各个表面上的动量和能量边界条件, 在此基础上进行了焊缝形状的数值模拟,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,建立的数学模型是可行的,与实际的试验结果比较吻合。     

铝合金AC-P-MIG焊接电弧行为及熔滴过渡过程

为了研究交流脉冲熔化极气体保护焊（AC P MIG）焊接过程中电弧形态特征及熔滴过渡控制,采用基于LabView的数据采集系统与高速摄像拍摄系统对焊接过程中电信号、电弧形态及熔滴过渡过程进行同步采集与拍摄.研究过程显示,焊丝为负极性（EN）阶段时电弧左右摆动并“上爬”越过熔滴而包裹焊丝,从而加速焊丝的熔化;焊丝为正极性（EP）阶段时电弧形态为典型的“钟罩形”,在脉冲阶段亮度与面积达到最大.熔滴在EN阶段长大速度加快,并在脉冲下降沿发生熔滴过渡.研究结果显示,EN与EP极性的交替变化,有利于降低电弧等离子流力及电弧对熔池的作用,控制合适的EN比率可以得到较快的焊丝熔化速度与较浅的熔深;控制脉冲阶段电流和时间可以实现稳定的一脉一滴过渡方式.     

低碳钢A-TIG焊活性剂的焊接性研究

利用自行研制的低碳钢A TIG焊活性剂进行了各种焊接工艺试验 .试验结果表明 ,使用本活性剂可使焊缝熔深比常规的TIG焊增加 3倍 ,对 12mm以下的低碳钢板对接无须开坡口 ,可一次焊接完成并能单面焊双面成型 .焊缝表面成型良好 ,接头微观组织、焊缝的化学成分和接头力学性能均不受影响 .焊接电流、弧长、焊接速度、涂层厚度和气体种类等均对焊接熔深的增加产生影响     

焊接电弧中电磁力的分析

在电焊过程中,焊接电弧中产生的电磁力对焊缝的熔深,熔池的搅拌,熔滴过渡以及焊缝成形等都有直接影响。本文分析了电弧中电磁力对焊接过程中熔滴过渡的影响,并且讨论了:(1) 圆柱形固态焊条内电磁力;(2) 球形液态熔滴内电磁力在几种情况下对熔滴向熔池过渡的影响;(3) 圆台体气态电弧内电磁压力的作用。     

吸烟焊枪在药芯焊丝CO2气保焊中的作用

采用吸烟焊枪进行药芯焊丝CO₂气保焊,通过记录烟尘扩散形态和焊接电流电压变化,采用高速摄像分析熔滴过渡过程,以及对比焊缝表面成形和采用X射线探伤揭示焊缝缺陷,并与未吸烟时对比,研究了不同吸烟功率和焊枪倾角下吸烟焊枪的吸烟行为及其对焊接过程和焊接质量的影响. 结果表明:焊接烟尘被有效吸入吸烟焊枪,其烟尘扩散形态整体呈锥形,并随吸烟功率的增加,其气流挺度增加,吸尘效果增强. 熔滴过渡仍表现为大滴排斥过渡,吸烟只是使熔滴过渡频率稍有增加. 采用不同功率以及焊枪倾角,均能得到表面成形良好和无缺陷的焊缝.     

镁合金的FZ-TIG焊接方法

针对镁合金材料,提出一种新型活性焊接方法FZ-TIG焊接方法.焊接前在待焊焊道表面中心区域涂敷低熔点、低沸点、低电阻率的活性剂,在2侧区域涂敷高电阻率的活性剂,然后进行正常TIG焊接,这样可以保证焊接熔深显著增加和焊接表面成形良好.结果表明,在相同参数下,与传统TIG焊相比,FZ-TIG焊接焊缝熔深达到常规TIG焊熔深的2.5倍.通过改变弧长分析活性剂对电弧极性区电压降和弧柱区电位梯度的影响,与TIG焊相比,FZ-TIG焊使得极性区电压降升高,而弧柱区电位梯度降低.     

焊丝中稀土金属对纯CO2保护气体GMAW熔滴过渡形态的影响

综述了焊丝中稀土金属对纯CO₂保护气体GMAW熔滴过渡形态的影响。结果表明，含稀土金属的焊丝以正极性纯CO₂保护气体焊时，由于电弧中阴极斑点面积扩大(位于熔滴上方的电弧呈圆锥形),被细化的熔滴形成轴向喷射过渡形态，飞溅很小，工艺性优良。稀土金属降低了阴极电子逸出功，同时高的电磁夹持力使熔滴以更小的尺寸轴向过渡，还有作用在熔滴上的主导力方向有利熔滴过渡，最终纯CO₂保护气下完全满足了熔滴喷射过渡形成条件。含有稀土金属的焊丝在电流波形控制新型电源中的应用，使J-STAR■焊接方法在一个较宽电流范围内实现了超低飞溅，拓宽了该工艺的应用范围。     

基于PFM平均电流调节的脉冲MAG焊熔滴过渡控制

一脉一滴熔滴过渡形式是脉冲MAG焊熔滴过渡的最理想过渡形式。根据脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡的要求，采用峰值阶段恒流和基值阶段恒流实现电源外特性，针对两阶段恒流外特性等速送丝条件下弧长的控制问题，通过PFM调节方式实现平均电流的调节，从而调节焊丝熔化速度，解决一脉一滴熔滴过渡过程中弧长的控制问题。试验结果表明所设计的PFM平均电流调节系统能实现良好的脉冲MAG焊一脉一滴熔滴过渡，焊接过程稳定，焊缝成型美观。     

熔滴冲击方向对焊缝质量的影响

为探究熔滴冲击方向对焊缝飞溅、焊缝轮廓、显微组织及显微硬度等的影响,采用脉冲型熔化极气体保护焊工艺,通过倾斜焊枪在6061铝合金薄板上开展了堆焊实验.结果表明:当焊枪倾斜时,焊接飞溅产生在与焊枪倾斜的同侧,且飞溅量显著增加;熔滴冲击能够细化焊缝下部的晶粒.以熔滴向右冲击进入熔池为例,焊缝上部因受非对称熔池驱动力的作用,最高点与焊缝下部中心线偏离量达焊缝最大宽度的20.1%,焊缝右侧热影响区及显微硬度分布区间均显著大于左侧;气孔和裂纹分别大量分布在焊缝的左、右两侧,这与焊枪倾斜时熔滴驱动液态金属在熔池内的流动形式相关,熔滴冲击决定的流体流动抑制了左侧气孔的逃逸,同时促进了右侧裂纹的出现.     

并联双闭环控制方式对GMAW焊接过程的影响

在对短路过渡熔化极气体保护焊（GMAW）的飞溅及焊缝成形影响因素分析的基础上，基于数字信号处理器控制系统建立了一个全数字式并联双闭环控制系统，分别对短路阶段及燃弧阶段的焊接电参数进行调节，达到对短路、燃弧期间电流波形的分阶段适应性控制，以改善短路过渡GMAW工艺性能的目的．实验结果表明，采用该方式控制的波控数字式GMAW焊接电源，在焊接性能上与普通平特性逆变焊接电源相比有较大的提高，飞溅减小、焊接过程稳定、焊缝成形好，更加适合GMAW短路过渡焊．     

埋弧焊熔滴过渡试验研究

针对电弧焊中的熔滴过渡行为直接影响焊缝成形及质量,埋弧焊中的电弧现象及熔滴过渡行为因被掩埋在焊剂层下而不可见等问题进行试验研究,利用不锈钢管建立拍摄通道,借助高速摄影系统拍摄埋弧焊熔滴过渡影像,利用汉诺威弧焊分析仪采集电信号波形,通过分析高速摄影图像和电信号概率密度分布曲线及波形,对埋弧焊熔滴过渡行为作出判断.结果表明:随着焊接电流的增大,埋弧焊中依次出现了无短路、小电流短路和大电流短路三种渣壁过渡行为,且大电流时出现了弧桥并存现象.     

脉冲参数对脉冲MIG焊焊接行为的影响

针对自行开发的软开关逆变电源,设计了一个工艺实验平台,用于研究脉冲参数对脉冲氩弧(MIG)焊熔滴过渡的影响规律.实验根据一脉一滴的原则,通过改变峰值电流、峰值时间、基值时间,采用小波分析仪采集焊接过程的电流电压信号,并用高速摄像机获取熔滴过渡图像,结合两者处理结果进行分析.结果表明,脉冲参数直接影响熔滴过渡过程,峰值电流和峰值时间之积对熔滴过渡影响显著,基值时间和基值电流对熔滴过渡影响不大.     

活性剂对铝合金电子束焊的影响

为了研究铝合金焊缝熔深增加机理，利用电子束散焦焊的焊接方法对铝合金LF21进行了焊接．以SiO2和V2O5作为表面活性剂，研究了活性剂对铝合金LF21电子束焊接的影响．研究结果表明，SiO2、V2O5对焊缝成形的影响是不同的，其中在SiO2作用下焊缝表面成形美观；在V2O5作用下焊缝成形变差．在SiO2、V2O5作用时，与A-TIG焊焊缝的熔深明显增加、熔宽稍有减小的情况相比，SiO2和V2O5对电子柬焊的焊缝熔深与熔宽的影响不大，表明了表面张力梯度改变理论对铝合金活性焊的作用不明显．