具有不同通道变极性等离子弧焊设备研制

研制了一种具有不同通道的新型变极性等离子弧焊设备．采用双电源对主弧正负半波供电,在负半波以水冷铜喷嘴代替钨电极作阳极,既避免了主、维弧相互干涉现象,又降低了钨电极的烧损,使电弧和焊接过程稳定性提高．此外,电流频率、正负半波幅值和导通比的独立可调,能满足铝合金焊接时对金属熔化和阴极清理的不同需要．     

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．     

工艺参数对铝镁合金VPPA焊焊缝成形的影响

为了探明变极性等离子电弧焊方法对5A06铝合金焊缝成形的影响规律,采用单因素控制对比试验对变极性等离子弧焊缝成形进行了测量分析,研究正负极性电流、离子气流量、正负极电流持续时间和送丝速度4个焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律。研究结果表明,随着焊接电流的增大,焊缝正面熔宽和余高呈现先增加后减小的趋势,而背面焊缝的余高增大明显,但背面焊缝熔宽变化不是很明显;随着离子气体流量的增加,等离子电弧力增加,液态金属流动性增加,背面焊缝余高呈明显的增加趋势,而焊缝正面余高则呈下降的趋势;在负极性电流持续时间增加的情况下,焊缝正面余高和熔宽增加幅度较小,焊缝背面余高和熔宽呈减小的趋势;随着送丝速度的增加,焊缝余高显著增加,熔宽也小幅度增加。研究结果可为铝合金VPPA焊提供工艺支持。     

穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理初探

通过对立焊穿孔熔池的受力状态的分析,初步揭示了穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理,从而发现焊接工艺参数对焊缝成形影响的规律,为进一步研究穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理奠定了基础理论分析和试验结果均表明,穿孔能否连续稳定存在是焊缝成形的前提,而穿孔熔池液面金属的受力及流动则对焊缝正反面的成形起着重要作用在此基础上指出,焊接电流和离子气流量过大时会因穿孔熔池下半部的收缩能力小于上半部的扩张速度而形成切割,反之,过小的焊接电流和离子气流量会形成未焊透控制焊接电流的大小和喷嘴到工件的距离均可有效地实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制     

穿孔法对等离子弧立焊焊缝成形机理初探

通过对立焊穿孔熔池的受力状态的分析,初步揭示了穿孔法等离子弧立焊焊缝成形机理,从而发现焊接工艺参数对焊缝成形影响的规律,为进一步研究孔法等离子弧立焊焊缝成形机理奠定了基础。理论分析和试验结果均表明,穿孔能否连续稳定存在是焊缝成形的前提,而穿孔熔池液面金属的受力及流动则对焊缝正反面的成形起着重要作用。在此基础上指出,焊接电流和离子气流量过大时会因穿孔熔池下半部的收缩能力小于上半部的扩张速度而形成切割,反之,过小的焊接电流和离子气流量会形成未焊透。控制焊接电流的大小和喷嘴到工件的距离均可有效地实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制。     

穿孔等离子弧焊接工艺综述

综述了穿孔等离子弧焊接工艺的特点、种类及工艺参数匹配与焊缝质量之间的关系等方面的问题。指出穿孔等离子弧焊具有特殊的“小孔效应”,与钨极氩弧焊相比焊接速度、工件厚度和焊接效率都有了很大的提高。等离子弧焊接衍生出众多类型,包括直流等离子弧焊接、脉冲等离子弧焊接、变极性等离子弧焊接和特殊等离子弧焊接等,能够满足不同行业的特殊需求。本文对于指导实际焊接生产,进一步提高生产效率和焊缝质量具有重要的意义。     

变极性等离子弧焊电源的研制

根据铝合金焊接的要求和逆变电源的发展趋势提出了变极性等离子焊接电源主电路、控制系统和控制软件的设计方案.采用单片机80C196KC作为控制系统的核心,主电路采用全桥双逆变结构,功率开关器件为绝缘栅双极晶体管IGBT.采用PI算法实现了恒流外特性,变极性等离子焊接电源获得的电流频率、电流幅值和正负半波导通比均可以独立调节不对称方波.试验表明,变极性等离子焊接电源控制系统运行稳定、可靠.     

等离子弧穿孔法立焊焊缝成形规律的研究

研究了铝合金等离子弧穿孔法立焊的焊接工艺规范及焊接参数对焊缝成形的影响．结果表明：采用立焊方法，其焊接规范区间增宽，工艺再现性好；控制喷嘴到工件的距离可实现对焊缝正反面增高量及宽度的控制；填充焊丝及装配间隙对焊缝成形及穿孔熔池的稳定性有一定的影响．     

变极性等离子焊设备控制系统研究

根据变极性等离子焊机的发展方向,提出了双电源等离子焊设备的设计方案,其中主电路采用逆变技术,控制系统则采用单片机控制技术代替传统的模拟控制技术.通过控制定时器8253的输出改变IGBT的通断时间,实现对变极性等离子弧焊设备电流频率、正负半波导通比的调节和控制.实验表明,以单片机80C552为核心组成的变极性等离子弧焊设备控制系统硬件设计简单,调节方便,显著提高了系统的可靠性.     

铝锂合金激光-等离子弧复合焊焊缝表面成形

铝合金激光-等离子弧复合焊(LB-PAW)中焊缝表面成形质量差。为了解其形成机理和解决方法,建立了可考虑等离子弧力作用的激光-等离子弧复合焊熔池流动数值分析模型,研究了不同热源次序对熔池速度场的影响,并进行了不同热源次序条件下铝锂合金焊缝成形试验。结果表明:在单纯激光焊、复合焊等离子弧前置和等离子弧后置3种条件下,熔池表面流动环路及速度存在很大不同;复合焊等离子弧前置时焊缝表面出现较深凹坑,纹理粗大,成形不良,等离子弧后置时焊缝表面平整,成形良好。在铝合金1420的LB-PAW中,熔池流动与焊缝表面成形情况密切相关,等离弧力是影响焊缝表面质量的主要因素之一,建议采用"激光在前,等离子弧在后"的热源次序进行铝合金焊接。     

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     

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.     

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。     

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。     

等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟

建立了运动等离子弧作用下焊接温度场的三维瞬态数值分析模型，以分析等离子弧焊熔池温度分布情况以及焊接电流、焊接速度等焊接工艺参数对其影响情况．综合考虑了液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面的散热以及熔化／凝固相变潜热等对熔池温度场的影响．采用三维锥体热源对小孔型等离子弧焊接过程进行了流体动力学和传热分析，利用ANSYS有限元软件求解所建立的模型，得到了等离子弧焊接过程中温度场的变化情况．模拟结果表明，随焊接电流的增大和焊接速度的减小，熔池体积增加，熔宽和热影响区都增大．试验结果验证了所建立模型的正确性和数值求解方法的可靠性．     

等离子鞘层在等离子弧焊中的应用

指出了尾焰电压和等离子云探针检测方法的本质，都是检测电弧的等离子焰，根据等离子体鞘层理论分析，用尾焰电压和等离子云探针检测等离子焰时，在金属检测板或金属探针表面附近将产生鞘层电压，相对于被焊工件为负电压值，鞘层电压与等离子体的温度及等离子体组分有关，动态平衡时，在金属检测板或金属探针表面的负电压值为一常量，可以根据公式计算该电压值，文中提出了一种无源探针检测等离子云的方法，该方法更加证明了等离子焰检测中等离子鞘层理论的重要性。     

小功率GTAW电弧稳定性研究

本文提出了测试和评定小功率GTAW电弧稳定性新方法。在此方法中,采用X—Y函数仪监测电弧电压的动态波形,根据动态波形对电弧稳定性进行比较和评定。本文以此方法为依据,就电弧电流、电流脉冲频率、电极几何尺寸、保护气体等对电弧稳定性的影响进行了试验,提出了延长电极工作寿命和提高电弧稳定性的技术措施。本文研究成果已用于工业生产,提高了超薄不锈钢制品焊缝合格率及生产率。