旁路耦合微束等离子铝合金薄板焊接工艺

采用ER4047铝丝在5A06铝板表面进行平板堆焊实验,对旁路耦合微束等离子薄板焊接工艺进行研究,研究了焊接电流、旁路电流、送丝速度对焊缝的影响规律,并与传统微束等离子焊接工艺进行比较.研究发现:随着旁路电流的增加,焊丝的熔化速度不断增加,且在相同焊接参数下,相比传统微束等离子焊接方法,旁路耦合微束等离子焊丝的熔化速度更快;采用旁路微束等离子焊接方法可以精确分配母材与焊丝的热输入,得到形貌良好的焊缝.且旁路电流能够有效地增加焊丝的熔化速度,减少母材的热输入,相比传统微束等离子薄板焊接工艺,能够大大提高生产效率,提高焊缝质量.     

2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊的焊缝成形模糊控制系统

以航天薄壁结构件用2219铝合金变极性钨极惰性气体保护焊(GTAW)为背景,设计和研制了一套基于多信息传感的机器人变极性GTAW焊缝成形模糊控制系统.采用视觉传感系统实时获取焊缝的间隙和错边量,并利用相应的图像处理方法获取液态2219铝合金熔池的正面特征信息;采用模糊逻辑控制方法进行焊缝参数的在线调整和补偿控制,以确保焊缝熔透及其成形的均匀性.结果表明,对于厚度为8mm的2219铝合金对接焊,采用所设计的模糊控制系统能够根据焊缝的间隙量和错边量来实时调整焊接电流和送丝速度,使其熔池正面宽度较为稳定,从而保证了焊缝熔透及其成形均匀.     

双丝间接电弧气体保护焊工艺研究

双丝闯接电弧气体保护焊是一种新的焊接工艺。介绍了使间接电弧双丝焊送丝速度与其熔化速度相等的送丝机构,主要研究了焊丝伸出长度、两焊丝交点与工件间莳距离以及焊接速度等对焊缝成形及其焊接电流、电弧电压的影响。结果表明,随着焊丝伸出长度的增加,焊接电流减小;随两焊丝交点与工件间距离的增加,焊接电流增大,焊缝宽度减小,熔合比降低;随焊速的增加,焊缝宽度减小,熔深减小,熔合比降低。     

基于由阴影恢复形状法的焊接熔池表面高度获取

在Lee-Kuo通用反射图模型的基础上,提出了变因子反射图方程求解方法,采用超松弛方法从实际成像条件下的合成图像中计算出球面的高度.分析了焊接过程中的成像特点,得到了铝合金焊接熔池表面的反射图模型,并针对焊接熔池边缘不光滑特点,提出了实际表面光滑约束条件,计算了铝合金非熔化极气体保护焊(GTAW)熔池表面高度.结果表明,计算结果能够反映熔池的下塌趋势.     

电流对铝合金激光填丝焊接接头组织及性能影响研究

采用激光填丝焊接技术对3 mm厚的6061铝合金进行搭接叠焊,通过送丝系统对焊丝加入直流电流,研究加入电流后焊接接头成形质量及影响机制,分析焊接接头显微组织以及力学性能。结果表明,加入电流后,熔池内产生电磁场,在洛伦兹力作用下形成熔体对流,形成电磁搅拌。随着电流的增大,焊缝表面成形光滑,焊缝熔深增加;焊缝组织在电磁搅拌作用下,晶粒细化,析出Mg₂Si相;加入电流后熔池稳定性增加,焊缝组织成分均匀化,焊缝区维氏硬度趋于稳定;焊接接头抗拉强度和塑性随着电流的增大均提高。电流为150 A时,焊接接头的抗拉强度为304.68 MPa,伸长率为8.77%。     

焊接工艺对镍基焊缝气孔的影响

针对镍基合金钨极氩弧焊焊缝中气孔形成的影响因素,采用高速摄像机、光学显微镜获得了气孔在熔池及焊缝中的形态及分布特征照片,研究了油污、送丝速度、保护气体和焊接电流等参数对熔池气泡的影响。结果表明：采用钨极氩弧焊对镍基合金焊接时,熔池表面有少量的气泡逸出,证明了焊缝金属中气孔源的存在;显微组织观察发现,有未及时逸出的气泡残留其中,但是利用UT,RT探伤手段无法检测出该类缺陷的存在;送丝速度和焊丝油污对焊缝金属中气孔的形成有明显的影响;适当调整其他焊接工艺参数对气孔影响均不显著。     

MIG焊焊丝熔化率的研究

作者在本文中研究了在ＭＩＧ焊焊丝熔化率与焊接参数（电流密度，伸出长度和保护气体成分）的关系，发现，如果伸出长度和保护气体不变，尽管焊接电流和焊丝直径有不同变化，而焊丝熔化率仅与焊接电流密度有关。 通过实验和理论分析，作者成功地评定电阻热和电弧热的分别作用，并导出焊接时焊丝的电阻率。伸出长度上的温度分布及其平均温度亦可近似求出。还发现保护气体对焊丝熔化率有一定的影响，但影响的程度在焊接电流大幅度变化时保持不变。 文中所得之结果将有助于在ＭＩＧ焊中选择焊接参数和控制焊接质量。     

脉冲熔化极气体保护焊的弧长和熔滴尺寸控制

采用直接模型参考自适应控制算法对弧长和决定熔滴尺寸的焊接电流进行解耦控制,通过调节焊接电源输出电压和送丝速度,使焊接过程中电流和弧长保持在设定值上,使得每个脉冲周期熔化的焊丝体积相等,保证每个周期中熔滴尺寸在脉冲产生之前均匀一致.仿真结果显示该算法可以实现控制对象的输出跟随参考模型的输出.     

基于失真信号滤波算法的送丝速度检测方法

送丝速度对焊接质量具有重要影响,为了实现机器人智能焊接,需要研究送丝速度的精确检测方法.首先,研究了送丝速度检测的工作原理,实现送丝速度在线检测.然后,设计出了一种送丝速度检测系统硬件,将送丝速度传感信号无线传输给焊接机器人.最后,研究了基于失真传感信号滤波算法的送丝速度检测方法,主要包括相邻送丝速度传感信号不会发生突变原理、多个传感信号丢失且相邻检测量未发生突变的干扰信号消除算法以及送丝速度检测方法.实验结果表明,利用设计的送丝速度检测算法及系统,可以消除原始送丝速度传感信号中的主要噪声,提高送丝速度检测的精度,并可使机器人焊接后焊道的宽度不受焊接电流变化的影响.     

基于示踪粒子的GTAW驼峰焊道形成机制数值分析

针对大电流下GTAW驼峰焊道形成过程中的熔化、流动与凝固行为,建立热力耦合作用下的熔池三维数学模型,在考虑熔池中液态金属所受浮力、电磁力、表面张力的情况下,利用粒子跟踪技术分析了GTAW焊接过程中的熔池流动行为,并与试验进行了对比分析.结果表明:熔池内液态金属并非严格意义上的从前端向后端流动,在流动过程中受到复杂的驱动力影响,中心线处液态金属会向熔池两边扩散.且液态金属的流动并非表层流动,由于受到耦合热力的作用,表层液态金属在由前向后的移动过程中在熔池内部做较为复杂的旋转运动.     

三丝焊接参数对电弧形态特征的影响

由于电磁力的作用,多丝焊接多电弧与常规的单丝焊接电弧有显著不同的形态特征,电弧稳定性也受到直接影响.通过三丝焊接实验,借助高速摄影系统,量化研究了不同焊接电流组合和焊丝距离组合对电弧形态特征的影响.电弧形态参数包括电弧的高度、面积和偏移量,将三者的波动性作为评价电弧稳定性的3个参数.结果表明,电弧高度无明显波动,其值与焊接电流有关,与焊丝距离无关.采用大电流焊接时,熔池金属较多,导致"潜弧现象"的发生,电弧高度和面积均减小;大电流条件下的电弧抗干扰能力强,电弧偏移量小,电弧燃烧稳定.焊丝距离的改变对中间电弧面积的影响最直接,而对引导电弧和跟随电弧面积的影响较小.总体来说,随着焊丝距离的增大,电弧干扰作用和电弧偏移量减小,电弧稳定性提高.     

热丝TIG焊热丝准稳态温度场的解析模型

摘要：
基于能量守恒和傅里叶定律,建立了电阻加热和熔池传热对热丝温度分布影响的数学模型;基于叠加原理建立了电阻加热热丝钨极惰性气体(TIG)焊热丝准稳态温度分布的数学解析模型,并验证了其计算结果;讨论了热丝电流密度、送丝速度以及焊丝干伸长等因素对焊丝温度分布的影响规律.结果表明：该数学模型具有很高的精确性,可用于热丝加热过程的分析.焊丝电流密度越大,焊丝各位置温度越高;送丝速度越大,焊丝各点的温度越低;焊丝干伸长越大,焊丝端部的预热温度越高.得到了一定条件下焊丝电流密度、送丝速度和焊丝干伸长三者之间的数值匹配关系. 关键词：
电阻热; 熔池传热; 叠加原理; 温度分布; 数学解析模型 中图分类号： TG 444
文献标志码： A     

高锰钢薄板MAG焊工艺验试研究

采用大电流、细直径焊丝、高速送丝MAG焊工艺,对轧制的高锰钢薄板进行了焊接。分析了焊接接头组织及性能,得出了MAG焊焊接高锰钢的可行性。     

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．     

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.     

水下焊接机器人智能潜水送丝系统的研制

文中针对水下机器人焊接的特点,研制了一种可用于水下熔化极气体保护焊的全数字智能潜水送丝系统.以数字信号控制器(DSC)级ARM CortexTM-M4架构的STM32F405RGT6微处理器为控制核心开发了全数字控制系统;设计了基于电机电枢电压负反馈的脉宽调制型半桥可逆斩波的送丝驱动电路,以补偿负载转矩变化带来的送丝速度的变化;开发了基于电涡流式接近开关的焊丝状态检测模块,实现了焊丝状态的非接触、实时监测.实验结果表明,所研制的系统能可靠地监测焊丝状态,在送丝软管状态变化的情况下能够均匀、稳定地送丝,送丝速度变化率小于±3.5%,远低于国家标准规定的数值.     

TIG电弧辅助MIG焊非接触引弧的参数适应性

为了深入了解钨极惰性气体保护(tungsten inert gas,TIG)电弧辅助熔化极惰性气体保护(metal inert gas,MIG)焊实现非接触引弧的特点,以及此种新型引弧方式对MIG焊接参数变化的适应性,该文通过TIG-MIG复合焊的大量引弧试验,利用电信号与电弧图像同步采集系统对此进行了试验研究。试验结果表明:先引燃的TIG电弧不仅能使MIG焊快速可靠地实现非接触引弧,而且能使MIG焊在较低的电压和电流条件下进入稳定的熔滴自由过渡,形成的焊缝规则且无飞溅附着;当MIG焊的初始送丝速度、焊枪倾角、保护气体流量以及焊丝末端直径在一个较大的范围内变化时,MIG焊在TIG电弧的辅助下均能够实现非接触引弧;根据焊丝末端直径匹配合适的初始送丝速度,即使焊丝末端带有较大尺寸的小球,MIG焊在非接触引弧过程中也不会产生焊接飞溅。     

水下焊接参数相关性分析及其电弧稳定性研究

摘要： 在高压舱内进行了不同水深的水下湿法药芯焊丝焊接（FCAW）试验,以电弧电压差异系数的倒数作为衡量电弧稳定性的指标,分析了不同水深条件下电弧电压与焊接电流之间的相关性对电弧稳定性的影响,并从送丝 熔化系统的角度探讨了电压与电流的相关性对电弧稳定性的影响规律;利用二次函数拟合电弧稳定性指标与电弧电压之间的关系,得到最佳的电压与电流关系.结果表明：最佳的水下湿法FCAW的电压与电流关系曲线呈上升的变化特性,随着水深增加,FCAW需要更高的电弧电压;水下湿法FCAW的电弧稳定性取决于电压与电流的相关性,而并非简单地随着水深的增加而下降;水深对电弧稳定性的影响主要表现在电压与电流相关性的不同;随着水深增加,相同焊接电流所需的电弧电压相应地增大.     

脉冲激光填丝焊接薄板熔池流动行为分析

本文使用VOF方法对熔池自由表面进行追踪,将焊丝简化为熔滴,建立了脉冲激光填丝焊接薄板三维数值模型,揭示了脉冲激光填丝焊接0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板熔池流动行为,通过焊缝余高尺寸及熔合线形貌验证了模型的可靠性.结果表明,熔滴作用前,熔池上表面区域主要存在由表面张力导致的熔池边缘向熔池中心的流动,最大速度出现在熔池中部且指向熔池下表面,达到了m/s量级;在熔池下表面区域的流动形式是表面张力及熔池中心流动共同作用的结果,在下部形成两个方向相同的涡流;焊丝的熔入对熔池流场有显著的影响,熔滴对熔池的冲击作用改变了熔池原有的对流方向,使表面张力主导的熔池对流特征消失;熔滴熔入过程中熔池最大速度出现在熔滴熔入位置,约为1.74 m/s.在熔滴冲击与熔池表面张力联合作用下,熔池表现出振荡特性,随后熔池内流动再次回到由表面张力驱动的对流形式.激光脉冲结束后,熔池下部固液界面继续向母材区域扩展约3-4 ms,这种现象与激光的脉冲作用、熔池内的流动及Hastelloy C-276的物性参数有关.     

基于双棱镜单摄像机立体视觉的P-GMAW熔池表面重建

利用传统的双目立体视觉技术进行焊接熔池表面形貌的三维传感,系统成本昂贵,且拍摄时必须保证同步,摄像机参数的不一致也容易造成重建误差。分析了双棱镜立体视觉系统原理,搭建了一套基于双棱镜的单摄像机立体视觉系统,在一个CCD像面上拍摄到同一物体存在视差的两幅图像,预处理后通过SSD算法求取像素级视差图,然后由二次曲线拟合进一步获得亚像素级视差图,由标定结果求得每个图像点对应的三维坐标。通过搭建的传感系统获得了P-GMAW平板堆焊基值期间的熔池图像,依照上述流程重建了熔池的三维表面形貌,同时针对重建结果做了误差分析,证实了其可靠性。