脉冲参数对脉冲DE-GMAW熔滴过渡影响的建模及仿真

针对铝-钢等现有焊接方法效率低、成本高等缺点,提出了一种低成本、热输入精确可控的脉冲旁路耦合电弧MIG焊(DE-GMAW)焊接方法.建立了脉冲旁路耦合电弧MIG焊数学模型,从焊丝熔化模型和电磁不稳定收缩模型仿真研究脉冲参数对熔滴过渡的影响规律.结果表明:在脉冲旁路耦合电弧MIG焊过程中,在主路平均电流和旁路平均电流不变的情况下,随着主路或旁路峰值电流的增大、脉冲占空比的变大,熔滴过渡频率会变大,更有利于脉冲旁路耦合电弧MIG焊熔滴的过渡,而且峰值电流对熔滴过渡的影响力要大于脉冲占空比.     

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.     

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.     

基于电弧图像的脉冲TIG焊电弧形态及特征温度演变规律

脉冲电流钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)保护电弧焊广泛应用于高品质焊接制造。研究电弧形态、灰度和温度等特征参数随脉冲电流的变化规律,有助于更深入地理解脉冲TIG焊的电弧动态物理特性,更好地评判焊接过程的稳定性和控制焊缝成形质量。该文通过同步采集焊接过程的脉冲电流及对应的电弧图像,借助于图像处理和标准温度法计算求解了脉冲TIG焊的电弧形态、灰度及特定位置的温度,分析了其随脉冲电流周期性变化的规律。试验结果表明,脉冲TIG焊的电弧形态、灰度、特定位置的温度等特征参数与脉冲电流的变化同步,同步精度在0.1 ms以内。在脉冲电流前后沿的电流突变过程中,电弧在电流增加时的形态扩张和温度上升速度快于电流减小时的形态收缩和下降速度。在钨极下方1 mm处,电弧温度在脉冲电流增加时的平均上升速度为11 613 K/ms,在脉冲电流减小时的平均下降速度为5 710 K/ms。距离钨极越近,电弧灰度在电流突变前后的变化越小,但电弧温度的变化越大。     

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。     

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.     

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．     

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.     

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。     

铝合金脉冲MIG焊动态特性自适应控制

铝合金因其独特的物理性质。在引弧短路与熔滴过渡短路、脉冲峰值阶段与脉冲基值阶段对脉冲熔化极惰性气体保护(MIG)焊有不同的动特性要求．据此提出了焊接过程中根据不同的焊接状态输出不同的动特性。满足铝合金MIG焊对动特性要求．采用短路电流控制器和动态电子电抗器。实现了脉冲MIG焊动态特性的自适应控制．具有动态特性自适应控制的脉冲MIG焊机引弧成功率高、电弧挺度好、飞溅小和焊缝成形美观．     

激光-电弧复合焊接工艺参数优化与分析

采用激光-电弧复合焊接方法,研究焊接电流对焊缝成形、熔滴过渡和电信号的影响规律。结果表明:激光.电弧复合焊接电流不宜过大,160～180A是较理想的范围,耦合效果最佳,此时的熔滴过渡、电信号稳定。     

脉冲MIG焊熔滴过渡光谱信息的研究

采用焊接电弧光谱检测装置,对脉冲MIG焊熔滴过渡的光谱信息进行了研究,结果表明,电弧光谱信息可以很好地反映脉冲MIG焊的熔滴过渡;发现了多种熔滴过渡的光谱信息模式,这些模式可反映1峰0基、1峰1基等各种形式的熔滴过渡,特别是可以对脉冲峰值期间的多滴喷射过渡作出清晰的反映;信号波形的脉动幅值大,脉宽较宽,抗干扰能力强,容易识别,信号品质优越。这些结果为脉冲MIG焊熔滴过渡的光谱实时控制奠定了良好基础,为脉冲MIG焊的控制开辟了一条新途径。     

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.     

合理选择焊接规范参数 提高焊接质量

为了获得优质的焊缝接头和较高的生产效率，必须合理地选择焊接规范参数。本文针对焊条电弧焊，阐述了如何合理选择焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度等焊接规范参数，以获得高质量焊缝和较高的焊接生产率。     

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.     

脉冲参数对脉冲MIG焊焊接行为的影响研究

针对自行开发的软开关逆变电源,设计了脉冲参数影响规律研究的工艺实验平台。实验根据一脉一滴的原则,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,结合两者处理结果分析表明,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。     

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。     

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。     

摆动频率对短路过渡电弧传感信号的影响

为了研究短路过渡条件下摆动电弧传感信号的特征,在短路过渡数值模型的基础上引入窄坡口焊炬摆动模型,建立了一种窄坡口焊接的数值仿真模型,并对摆动电弧传感的电流信号进行模拟;同时,进行了0~10Hz摆动频率范围内的窄坡口熔化极气体保护焊焊接实验,以采集焊接电压和焊接电流信号.结果表明:实际的焊接电流波形与其数值仿真结果吻合;短路过渡的发生与摆动位置没有明显的对应关系,不宜通过焊接电压来计算焊缝偏差;摆动频率越大,随机发生的短路过渡噪声越容易掩盖摆动位置变化引起的电流特征,在保证跟踪精度的条件下,应尽量选择较小的摆动频率.     

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。