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.     

高压干法直流正接GMAW熔滴过渡特性

为研究高压环境下的直流正接GMAW熔滴过渡特性,以环境压力、焊接电压及送丝速度为主要变量,采用高速摄像方法得到不同参数下熔滴过渡形式.探讨了各种熔滴过渡形式的分布规律及形成原因.结果表明:环境压力不高、送丝速度低时,熔滴呈现大滴过渡;环境压力不高、送丝速度中等时,低焊接电压易形成短路过渡而高焊接电压易形成大滴过渡;环境压力较高时,主要呈现排斥过渡和短路过渡:电压低时呈现短路过渡,电压升高呈现排斥过渡.结果可为高压干法直流正接GMAW参数选取提供依据.     

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.     

弧焊熔滴过渡的高速摄像与电信号测试分析

针对焊接熔滴过渡频率高、难以观察的特点,以焊接电流、电弧电压、熔滴过渡图像为信息源,建立了高速摄像与电信号小波分析系统,论文阐述该系统的构成并分析系统构建中的关键技术,利用该系统对自行研制的脉冲MIG焊电源熔滴过渡信号进行了测试与分析。结果表明,脉冲MIG焊短路过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号发生突变,有明显的特征变化,可直接用于过程控制;而射流过渡、射滴过渡发生时,电弧电压信号、弧焊电流信号变化平稳,没有明显的特征变化,可通过提取熔滴特征信息用于过程检测和质量控制。     

基于计算机图像处理的FCAW熔滴过渡形态的分析

利用计算机图像处理系统观察了CO2保护气氛下,药芯焊丝电弧焊的熔滴过渡行为、电弧形态等电弧物理现象,总结了熔滴过渡的类型.研究结果表明,随着焊接参数的增大,药芯焊丝依次出现短路过渡、大颗粒过渡和细颗粒过渡,并观察分析了药芯焊丝产生的滞熔现象.     

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.     

多弧旁路GMAW熔滴过渡图像边缘提取算法

熔滴过渡是焊接过程中影响焊缝成形和焊接质量的重要因素.为了对多弧旁路GMAW(DB-GMAW)焊接过程中的熔滴过渡特征信息深入研究提供条件,对该种焊接方法下熔滴过渡图像颈缩部分边缘提取算法进行了研究.对比了6种微分算子对其边缘的提取结果,选出了效果最好的ZeroCross微分算子,并对熔滴过渡连续帧图像进行了处理.结果符合要求.     

窄间隙P-GMAW电弧行为分析

在窄间隙P-GMAW焊接中,电弧行为将直接影响焊缝成型效果,而侧壁和电流会影响电弧的形态。通过高速摄影技术分析窄间隙P-GMAW焊接中同一电流脉冲周期内不同时刻,以及同一摆动周期内不同电流脉冲周期的电弧形态变化情况,得出结论如下:(1)窄间隙摆动焊接中,电弧形态变化因素主要是脉冲电流的大小和焊枪与侧壁的距离;(2)由于电弧形态和熔滴过度相互影响,它们共同决定焊缝成型效果,因此电弧形态是决定焊接效果的重要因素。     

坡口宽度对超窄间隙焊接电弧特性的影响

坡口宽度小于5mm的超窄间隙焊接中,当坡口宽度进一步减小时,电弧特性变得很敏感,对焊接工艺参数的适应性要求提高.采用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接技术,通过调节坡口宽度和焊接工艺参数研究其对超窄间隙电弧特性的影响规律.结果表明:在超窄间隙坡口中,保持工艺参数不变,坡口宽度减小,会使焊接电流增大,侧壁熔深变宽.当坡口宽度和送丝速度一定时,其焊接电流随电弧电压的增大呈上升趋势,且坡口宽度越窄,焊接电流对电弧电压的变化越敏感.利用不同坡口宽度下的电弧特性可对超窄间隙焊接时所匹配的工艺参数进行有效调控,坡口宽度变窄,所适用的焊接参数减小.     

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.     

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。     

水蒸气保护下电弧堆焊工艺特点

通过分析不同焊接规范下的焊接电压和电流的波形 .研究了水蒸气保护下电弧及熔滴过渡的特点 ,发现其电弧过程行为有“燃弧—熄弧—短路”和“燃弧—短路”两种形式 .在焊丝直径和送丝速度一定的情况下 ,通过调节焊接回路中的电感量和电源电压 ,可以改变电弧的过程行为形式 .若电弧过程呈“燃弧—熄弧—短路”交替进行 ,并且熄弧时间最短时 ,短路过渡频率最高 ,在这种情况下 ,飞溅小 ,焊道成型好 ,焊接过程稳定 .     

三丝GMAW焊接过程电弧中断现象分析

为揭示三丝GMAW焊接过程电弧干扰、电弧中断的原因及影响因素,基于信号采集系统和高速摄像系统同步采集焊接电流、焊接电压波形和电弧形态,理论分析三丝焊电弧偏移量的影响因素.结果表明：焊丝间距越大,电弧长度越短,焊接电流和电弧中断频率越小.针对三丝焊电弧中断现象,分析了电弧偏移量增大引起电弧长度增加从而造成电弧中断的原因.以三丝焊理论分析结果指导三丝GMAW焊工艺参数的选择,通过三丝GMAW焊接工艺参数的合理选择可获得无电弧中断的稳定焊接过程.     

高速摄像系统在熔化极气体保护焊检测过程中的应用

介绍了熔化极气体保护焊(GMAW)检测过程的高速摄像系统的设计和关键技术,包括光路设计、设备选型和参数计算等关键技术;在典型的光路方案基础上,设计了一种简化的光路图,并搭建了高速摄像系统,分析了曝光量、快门速度、光圈值和激光背光强度等拍摄参数对熔滴过渡成像的影响;同时,通过不同GMAW焊接试验的熔滴过渡图像对比,验证了所搭建的高速摄像系统的可靠性.结果表明,采用所搭建的高速摄像系统能够获得清晰的熔滴图像.     

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．     

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...     

铝合金与镀锌钢板CMT焊接过程传热传质现象的数值模拟

建立冷金属过渡(CMT)焊接的三维非稳态数学模型,研究铝合金和镀锌钢板CMT焊接过程的传热、传质现象,包括电弧等离子体的形成和变化、焊丝的送入与回抽、熔滴生长与过渡、熔池动态行为、镀锌层的蒸发及锌蒸气在电弧中的扩散。研究结果表明:在高温电弧的作用下钢板表面的镀锌层蒸发,锌蒸气由钢板表面向电弧区扩散,其分布受等离子体流动的影响。焊接过程中焊接电流、电弧长度不断变化,造成焊接工件表面附近的电弧压力持续变化。锌层蒸发增大了钢板表面附近的电弧压力,易造成熔滴过渡和焊接过程的不稳定。     

碳在焊条金属熔滴过渡过程中的作用的探讨

本文以实验为基础,阐述碳在焊条金属熔滴过渡过程中的重要作用,指出,碳的加入往往使熔滴破碎,造成熔滴的喷射过渡和爆炸过渡,碳的加入方式不同,对熔滴过渡过程的影响程度也不同,通过焊丝和铁合金过渡碳时,对熔滴过渡形态的影响最大;熔渣的氧化性影响到碳在熔滴过渡过程中的作用的发挥程度。加入大量石墨的强还原性药皮,往往使熔滴粗化。在研制某些焊条时,运用碳在焊接时对熔滴过渡形态影响的规律,细化熔滴,改善其过渡形态,或是抑制碳的氧化,以减少飞溅,提高焊条的工艺水平。     

双丝间接电弧氩弧焊的熔滴过渡形式

采用氙灯背光高速摄像系统及示波器对双丝间接电弧氩气保护焊的熔滴过渡进行了研究。结果表明：双丝间接电弧氩弧焊正、负极的熔滴过渡形式并不完全相同,根据正、负极熔滴过渡形式的不同组合将熔滴过渡分为大滴—大滴过渡,射滴—大滴过渡,短路过渡,射滴—射滴过渡,射流—大滴过渡,射流—射滴过渡及射流过渡7种类型。在焊接过程中以射流过渡及射流—射滴过渡为主。双丝间接电弧氩弧焊主要靠电弧热量及熔滴携带热量熔化母材,熔滴过渡方向与电流流动方向不同,正、负两极熔滴同时过渡,两极的过渡频率、尺寸有所不同。     

焊接参数对铝脉冲MIG焊亚射流过程控制的影响

运用亚射流过渡自适应控制思想进行了铝脉冲MIG焊工艺试验,研究了焊接参数对铝脉冲MIG焊亚射流过渡的影响.通过工艺试验对焊接电流与电压的时基瞬时波形、相平面图和熔滴过渡的高速摄像进行了研究,验证了选择合适的电压上下限、送丝速度等焊接参数可以将脉冲MIG焊的电弧控制在亚射流过渡区,较好解决了亚射流过渡区范围窄、不易控制的问题.不合适的参数选择会导致射流过渡、短路过渡,甚至大滴过渡,从而影响焊接过程和焊接质量.